以CFD-DEM为基础的养殖槽排污性能及底坡优化

由于能提高资源利用率,减少环境污染,低碳高效池塘循环流水养殖(IPA)作为一项新型养殖技术被大力推广。为了提高养殖过程中的集污排污效率,本研究拟采用构造负坡底面的方法对养殖槽结构进行优化。通过建立二维养殖槽简化模型,结合计算流体力学—离散单元法(CFD-DEM)模拟计算与核偏最小二乘(KPLS)建模方法,建立槽内垂向流速分布与底面坡度和粗糙度的关系模型。在此基础上结合泥沙运动理论,获得了槽内颗粒起动流速与单宽输沙率模型,在构建颗粒起动和输运两方面的性能指标后,利用基于偏好的多目标粒子群算法(DP-MOPSO)寻求最优底面坡度。寻优结果显示,随着底面粗糙度的增加,最优坡度略有减小,范围为0.013~0.015;仿真实验结果显示,构造最优底坡可有效提高颗粒的起动概率和槽体的颗粒运输能力,且对于表面较为粗糙槽体,坡型底面在颗粒起动方面的优越性更为显著,说明通过构建底坡来改变水流结构,从而实现养殖槽排污性能的优化是合理的。