立式双曲面网板水动力性能及流场可视化研究

网板是拖网作业系统中重要的属具之一,其水动力性能的优劣直接关系到拖网网口的扩张,并影响其生产效果和经济效益。采用单因素试验法,利用水槽模型试验和数值模拟(computational fluid dynamics, CFD)研究立式双曲面模型网板在不同展弦比λ(2.5、3.0、3.5、4.0)、弯曲度f/C(10%、15%、20%)、后退角Λ(0°、10°、15°)下的水动力性能,分析不同结构参数的网板水动力性能,对比两种方法的结果,并实现网板周围流场可视化。结果显示:①2号网板(λ=3.0、f/C=15%、Λ=10°)升力系数最大,冲角25°时,模型试验值为1.70,数值模拟值为1.88,阻力系数随冲角增大一直增大,且后部流速的模拟值和测定值平均偏差为4.40%,两种方法获得的结果吻合度高。②2号网板在流场分布中边界层分离点随冲角增大逐渐向翼端前沿移动,中心面后部涡旋随冲角增大一直增大,左翼板侧低压区随冲角增大呈先增大后减小趋势,网板尾部随冲角增大形成明显的翼端涡,产生涡升力对网板提供附加升力,使得立式双曲面网板比其他类型网板有较高升力。     

倾斜状态对V形网板水动力和周围流场特征的影响

为了探究 V 形网板在各种工作姿态下水动力特性的变化规律, 作者采用数值模拟(computational fluid dynamics, CFD)方法对比了 4 个展弦比(0.4、0.5、0.6、0.7)和 4 个板面夹角(16°、19°、22°、25°)的网板的水动力性能, 遴选出水动力性能最佳的 V 形网板, 并分析其在不同姿态下, 前后倾和内外倾分别为 5°、10°、15°、20°时的水动力系数、周围流场分布和表面压力变化规律, 结果表明：(1)展弦比 λ=0.7、板面夹角 Γ=16°的 V 形网板(13 号网板)的水动力性能最优, 升力系数在冲角为 37.5°时最大, 为 1.482, 冲角为 10°时扩张效率最大。(2)随着冲角的增大, 13 号网板迎流面的压力逐渐增大, 网板迎流面和背流面的速度差亦呈增大趋势。(3) 13 号网板发生不同程度的前后倾或内外倾时, 升力系数降低, 阻力系数则随着倾角的增大而减小。(4)当网板发生内外倾斜时, 随着倾角的增加, 迎流面压力中心向网板前端移动, 网板中心面后涡旋变化不明显; 当网板前后倾斜时, 网板迎流面压力分布变化明显, 即随着倾角的增加, 压力中心分别逐渐向前端上下两侧移动, 并且网板中心面后涡旋逐渐变小。本研究结果可以为预测不同工作姿态网板水动力特性变化, 调整网板稳定性提供科学参考。     

不同姿态下仔稚鱼采样网用台字形沉降板水动力特性

定量仔稚鱼采样网的使用有利于评估渔业资源补充量和群体数量的动态变化, 为进一步提升渔业资源的可持续利用提供决策依据。为掌握采样网用沉降板水动力特性, 本研究利用水槽模型实验探究仔稚鱼采样网用台字形沉降板在不同倾斜姿态下(内、外、前、后)的水动力性能变化, 并利用 OpenFOAM 的数值模拟方法分析不同姿态下沉降板周围流场变化。结果显示: (1) 不同姿态下沉力系数随倾角和冲角增大均呈先增大后减小趋势, 其均在倾角 5°时达到最大, 内、外倾斜下最大值分别为 1.75 和 1.77 (α=25°), 前、后倾斜下最大值均为 1.78 (α=25°); 阻力系数随倾角增大逐渐减小, 随冲角增大逐渐增大; 沉阻比随倾角和冲角增大均呈先增大后减小趋势, 内、外倾斜下分别在倾角 20°和 10°时最大, 为 3.73 和 3.76 (α=20°), 前、后倾斜下均在倾角 5°时最大, 分别为 3.67 和 3.71 (α=20°)。压力中心系数在不同冲角下基本保持不变, C_pc 随倾角增大逐渐增大, C_pb 随倾角增大基本保持不变。(2) 沉降板外侧的流速随倾角增大逐渐减小; 外倾状态下沉降板边界层分离点随倾角增大逐渐向翼板前缘移动; 前、后倾状态下沉降板后部的流速衰减区随倾角增大逐渐增大。本研究阐明了不同倾斜状态下沉降板的水动力性能变化, 为进一步合理安装和调整沉降板工作姿态提供科学依据。     

立式V型曲面网板的水动力性能

采用正交优选法来考察网板板面折角、展弦比以及后退角对立式V型曲面网板水动力性能的影响。试验结果证明影响网板水动力性能的最重要的因素是网板板面折角,其次是展弦比和后退角。当网板的板面曲率为14%、板面折角为12°、展弦比为1.60、后退角为10°时,网板具有较高的水动力性能。当冲角为25°和28°时,网板的升力系数均为1.68。另外,通过对优选网板添加模拟海底的试验证明,网板在底层作业时,其临界冲角从28°减小为25°;在常用工作冲角范围内,网板在底层时的扩张性能要高于中层,同时,网板的升阻比也略有上升,并能在较宽的冲角范围内持续保持较高的扩张性能。     

基于CFD评估尺度效应对V型网板水动力的影响

按相似准则等比例缩小网板构建物理模型测定其水动力,是研究网板水动力特征的主要方式。基于V型网板,利用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)对比分析了3种尺度比(1∶2、1∶3和1∶4)的网板和3种厚度(2、5和10 mm)下的升、阻力系数及流场分布,并将其与模型试验结果进行对比,探究不同物理模型尺度对估算网板水动力的影响。结果表明：1)随着冲角的增加,各尺度的网板阻力系数逐渐增大,升力系数先增大后减小,升阻比逐渐减小;2)在30°冲角之后,网板后部出现明显的分离涡,造成模拟升力减小;3)随着网板模型尺度的增大,网板表面边界层分离效果和尾流区流场分离涡逐渐增强,网板升、阻力及升阻比亦呈增大趋势。网板厚度对流场及升、阻力影响较小,最大升力系数相对于模型试验平均误差为4.97%;4)随着模型尺度增大,网板水动力的预测误差逐渐减小。     

双开缝矩形曲面网板水动力性能及影响参数研究

为满足渔业现代化的发展需求,渔具的改良是其不可或缺的一部分,而网板是提供拖网网衣水平张力主要属具。采用矩形曲面网板有利于提高网板的升力系数和升阻比,而网板开缝有利于减小网板的背面涡流,增加网板的水动力性能,提高网板操作稳定性。为研究小型拖网渔船网板的水动力性能,通过数值模拟的方法,在其他参数一定的情况下,采用控制变量法控制双开缝矩形曲面网板的速度、开缝尺寸以及展弦比等参数的单一变化,研究其对拖网网板水动力性能的影响规律。数值计算结果表明:该网板升力系数和升阻比随冲角的增大呈先增后减的趋势,最佳升阻比出现在冲角为10°左右的时候;速度对网板水动力性能无显著影响;升力系数随开缝尺寸的增加总体呈上升趋势,当开缝尺寸大于50 mm时,升力系数无显著变化,升阻比随开缝尺寸增大总体呈先增后减的趋势;不同展弦比的网板在升力系数达到最大时对应的最佳冲角随展弦比的增加而逐渐减小;同时,升力系数峰值随展弦比的增加呈先增后减的趋势,当展弦比为0.6左右时,升力系数的峰值达到最大。研究结果可为同类型的小型拖网渔船拖网网板的结构优化设计提供更加可靠的参考。     

加筋结构对V型网板水动力性能的影响研究

网板作为拖网渔具的重要属具,其水动力性能对拖网渔具的可操作性和渔获效率均有十分重要的影响。以我国近海拖网渔船配置的加筋V型网板为研究对象,通过与传统无筋V型网板的水动力性能对比分析,研究加强筋对V型网板水动力性能的影响机理,并通过开展动水槽实验对数值计算结果的有效性进行验证。在此基础上,通过改变展弦比、板面折角、加强筋尺寸等设计参数,研究其对加筋V型网板水动力性能的影响规律。结果表明,在大冲角(40°以上)时,加筋V型网板的升、阻力系数与传统V型网板相比呈显著下降趋势;加强筋的存在较为明显地降低了V型网板在最佳工作冲角(10°左右)下的升阻比;增设加强筋后,V型网板的最大升阻比依然会随展弦比的增加而呈逐渐增大的趋势,但不同的展弦比下V型网板的最大升阻比有较为明显的降低;加筋V型网板的板面折角变化引起最佳冲角的改变,但最大升阻比会随板面折角的增加呈现显著增大的趋势;加强筋间距较大时会引起V型网板最大升阻比的明显降低,其尺寸的增加也会在一定程度上降低网板的升阻比。     

波浪作用下一种鲆鲽类方形网箱水动力特性数值模拟研究

针对鲆鲽类方形重力式网箱在纯波浪条件下的水动力特性,采用数值模拟的方法对鲆鲽类方形深水重力式网箱的主要部件——浮架系统、配重系统、锚碇系统进行了模拟。将模拟结果与实验结果进行分析比较表明,数模与物模各量值吻合良好,平均相对误差均不超过9%,表明数值模拟的方法能较好地模拟鲆鲽类方形深水重力式网箱的水动力特性。在此基础上,用数值模拟的方法,进一步研究了底框质量和网衣高度的改变对网箱各参数的影响,模拟结果显示,底框质量改变主要影响锚绳受力和底框倾角,底框质量从80 g升至100 g再升至140 g的过程中,锚绳受力平均增幅分别为13%和19%,同时增大底框质量有助于减小底框运动倾角,其平均降幅分别为8.8%和9.3%;网衣高度由20 cm增至30 cm后,锚绳受力平均增加15%,同时网衣的增高导致对浮架和底框的牵制作用加大,使得浮架和底框的运动幅度有所减小,降幅不超过10%。在以上研究结果的基础上,为鲆鲽类网箱的设计与优化提供了参考建议。     

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。     

拖网网板性能与国内外应用研究进展

拖网网板是应用于拖网渔具以扩张网口的重要渔具构件,一直以来在海洋捕捞拖网作业中备受关注。基于文献计量分析方法,从时间序列、国家(地区)文献分布、研究热点等方面对拖网网板的研究状况进行文献计量及可视化分析,以了解国内外拖网网板研究应用方面的发展动态与研究焦点。此外,还针对影响网板性能的设计因素进行了分析论述,并根据网板性能的研究与试验方法,分析对比各种方法的特点及发展趋势。基于拖网渔业与装备技术的发展,结合网板性能的研究成果,提出网板应用研究的两个重要方向,即网板结构智能化调控技术与网板新材料应用技术,为拖网网板的性能与应用研究提供参考。