框架式浮鱼礁波浪水动力特性数值模拟研究

中国海洋牧场建设以投放人工鱼礁为主,人工鱼礁分为沉式鱼礁和浮鱼礁,而浮鱼礁能够较好地适应淤泥质近海养殖。以框架式浮鱼礁为研究对象,采用有限单元法和集中质量点法建立波浪作用下的水动力数值模型,模拟浮鱼礁在海水中实际运动情况。对比分析了不同波高(1.5、2、2.5和3 m)、水深(8、9、10、11和12 m)条件下的框架浮体运动轨迹、最大偏转角度以及锚绳受力特性,研究分析了浮鱼礁设计与实际应用时,目标海域潮位变化和波浪要素共同作用的影响。结果显示:框架浮体水平方向偏移、偏转角度、锚绳最大拉力均随波高增大而增大,近似于线性变化,且均随水深增大而减小,存在浮鱼礁不受波浪影响的临界水深,此时浮鱼礁上端至水面的距离与水深的比值约为0.5,当超过0.5时,水深变化对浮鱼礁水平位移、偏转角度和锚绳受力几乎没有影响。研究结果可为新型人工浮鱼礁的设计与投放提供参考。     

固定方式对水流作用下桩柱式围网网片力学特性的影响

采用集中质量点法和网目群化法,结合数值模拟技术探讨了桩柱式围网网片单元在水流作用下的力学特性,着重分析了不同网片宽度和固定方式下网片单元的网线张力分布、节点偏移和网片系缚点受力特性。结果显示,水流作用下,桩柱式围网网片的最大张力主要分布于网片顶部和底部力纲的两侧,最大张力值与网片宽度成正比;网片的最大偏移部位主要分布于网片的上下端,最大偏移量与网片宽度成正比;系缚点最大受力出现在网片的顶端和底部,且其受力在数值上均远远大于中间系缚点;研究发现,随着系缚点数的增加,各系缚点的受力不断下降,网线张力和偏移量也迅速减小;当系缚点超过一定数量时,网线张力和偏移量将不再显著下降,表明存在一个临界系缚点数。本研究可为桩柱式围网工程的设计与安装提供参考。     

滴滤式砂滤池水力特性初步研究

为增强砂滤池过滤性能,探究散水滴滤式砂滤池水力特性,掌握其过水规律,以石英砂为滤池填充滤料,通过物理模型试验,研究饱和砂层散水滴滤模式下滤料粒径、滤层厚度对砂滤池过水流量的影响,建立了关系曲线及函数表达式。结果显示:滤层厚度为0~4 cm时,砂滤池中出水量约由100 cm~3/s增加到600 cm~3/s;砂滤池过水流量与滤层厚度呈单调递增关系,滤料粒径越大,流量增长越快;砂滤池过水流量与滤料粒径呈二次函数递增关系;滤层厚度大于40 cm,以粒径为5~6 mm石英砂作为滤料的砂滤池,过水流量约稳定在410~420 cm~3/s;以粒径为7~8 mm石英砂作为滤料的砂滤池,过水流量稳定在640~650 cm~3/s;粒径为1~2 mm与粒径为3~4 mm对应的流量曲线较为接近,且均随滤层厚度递增。在滤层厚度恒定条件下,增大石英砂粒径,滤池中的过水流量也逐渐增加,且不同滤层厚度对应的流量曲线平行递增。试验得出的砂滤池过水流量与滤料粒径、滤层厚度的拟合曲线可为砂滤池的设计、建造及滤料选择提供理论参考。     

波浪作用下箱网式浮鱼礁水动力特性研究

人工鱼礁可分为沉鱼礁和浮鱼礁,人工鱼礁投放是海洋牧场建设的重要工程基础。浮鱼礁主要用于诱集和保护中上层鱼类,投放受底质条件限制较小,尤其在淤泥底质的海域具有良好的适应性。浮鱼礁主体结构处于中上层位置,受波浪等动力环境影响较大,鱼礁的结构安全性和稳定性是设计和投放中需要重点关注的问题。本研究集合鱼礁集鱼、护鱼和养殖的功能,提出了一种多功能箱网式浮鱼礁结构设计,并建立了水动力数值模型,分析探讨了波高和入水深度对两种锚定形式(单锚绳和多锚绳)的浮鱼礁安全性和稳定性的影响。研究结果表明,相同条件下,单根锚绳固定形式下的锚绳受力总体约为四根锚绳固定时的锚绳受力总和,但网衣网线受力较四根锚绳固定时小。波高对单根锚绳固定的浮鱼礁最大偏转角度影响较大,但四根锚绳固定时,可以显著地降低浮鱼礁最大偏转角度,有效地提高浮鱼礁的稳定性,而且波高越大,效果越明显。波高不变的情况下,随着入水深度的增加,浮鱼礁水平最大偏移迅速减小。当浮鱼礁入水深度为波高的2倍以上时,两种固定方式下的浮鱼礁运动差别可以忽略。