双层网底鲆鲽网箱耐流特性的数值模拟

双层网底鲆鲽网箱的网底结构在水流作用下会发生倾斜与转动。为确保网底结构的安全,需对其耐流特性进行动力分析。为此,根据有限元法建立了流场中双层网底网箱受力的数学模型,通过计算机数值模拟对双层网底的最大位移与倾角进行研究,并将双层网底的计算结果与单层网底进行对比分析。模拟结果显示,随着流速的增大,上层网底与下层网底的倾角逐渐增加,并且两层网底的倾斜方向恰好相反。研究发现,当实际海区流速超过93 cm/s时,双层网底网箱的上、下两层网底会发生接触碰撞,从而影响网底的稳定。此外,双层网底网箱的下层网底位移要大于单层网底网箱,但其倾角却小于后者,这可能与双层网底网箱的上层网底设计有关。     

波浪作用下圆形网箱浮架系统的运动特性分析

作为深水养殖网箱的重要组成部分,浮架系统在网箱抗风浪性能中扮演着极为重要的角色,研究浮架系统在波浪作用下的运动特性是深入了解网箱抗风浪性能的关键。基于集中质量法将圆形浮架离散成众多微元,并运用线性波浪理论和刚体运动学原理,建立了波浪作用下网箱浮架系统的运动响应数学模型。针对圆形浮架的实际尺寸参数,在不同波高（H=4.2～7.0 m）和周期（T=7.2, 8.6 s）条件下,采用计算机数值模拟方法,对浮架前后点运动轨迹、浮架质心水平和垂直位移、浮架倾角进行了数值计算。通过对计算结果的比较及分析表明：（1）浮架垂直位移幅度大于水平位移幅度,波浪周期对浮架垂直位移的影响要小于对水平位移的影响;（2）浮架水平位移、垂直位移以及倾角都和波高具有显著的正比关系。在波高H=4.2～7.0 m范围内,周期T=7.2 s时,水平位移、垂直位移和倾角的增量分别为1.84 m、1.0 m和7.18°;周期T=8.6 s时,三者的增量分别为1.66 m、1.05 m和5.43°;（3）周期增大,浮架垂直位移增加,水平位移和倾角减小。     

波浪作用下半潜式养殖网箱水动力特性

半潜式深远海养殖网箱在波浪作用下会发生变形与运动。为保证网箱结构的稳定性,需对其水动力特性进行分析。本研究基于有限元法建立了波浪作用下一种半潜式网箱的数值模型,通过仿真计算求解网箱的锚绳受力与运动情况。首先,将计算机模拟值与物理水槽试验值进行比较,验证数值模型的准确性。然后,分别研究了半潜式网箱在3种压载状态下的动力响应情况,分析比较了不同波浪条件下网箱锚绳张力、垂荡、纵荡和纵摇的计算结果。结果显示,计算值与试验值基本吻合,二者的相对误差在5%左右。当波高一定时,网箱迎浪侧和背浪侧锚绳受力与波浪周期改变无明显关联;当周期一定时,两侧锚绳受力均随波高的增加而增大。网箱的垂荡、纵荡及纵摇值均与波高呈正相关,随着半潜式网箱吃水的增加,网箱的垂荡、纵荡及纵摇值基本呈减小趋势。网箱在3种压载状态下最大垂荡值和纵荡值分别为12.67 m和10.59 m,网箱在空载状态下的最大纵摇值≤15°,表明半潜式网箱结构具有较好的稳定性。研究结果可为我国深远海养殖网箱设计提供理论参考。     

小尺度方形网箱浮框在波浪中应变的研究

用新设计的小尺度方形网箱在波浪水槽中进行应变试验,测量网箱浮框上按一定规律选定的特殊点的应变.应用渔具模型实验和船舶结构测试技术的处理方法,得出网箱浮框上的最大应变点,以及应变与波浪要数间的关系.结果表明,框架变形周期与波浪的周期相同,正负应变呈不对称分布.试验时网箱最大变形出现在前端内圈浮管的转角侧面中点No.6和顺波向内圈浮管上侧的中点No.11.在同一波高情况下,存在着与网箱结构相关的一波浪周期的使得网箱变形最大.在选定的18个点中,6点在周期在所有周期中,正应变都较小.当周期0.99 s,波高16.7 cm时出现的负应变值最小,6点出现最大负向变形.第11点的变形非常明显,其最小变形出现在周期0.79 s,波长10 cm,最大变形出现在周期1.49 s,波高31 cm时.一般来说正应变随波高的增加而增加,负应变在一定周期内减小,当周期增大到一定值时,负应变随波高增加而增加.     

波流作用下深水网箱受力及运动变形的数值模拟

基于已建立的浮架和网衣数学模型,对不同波况和流速共同作用条件下HDPE深水网箱所受的锚绳力、波流力、容积损失率以及浮架倾角进行数值计算,设计的波流要素值为:波高H=4～6 m,周期T=6.0～8.6 s,流速U=0.3～0.9 m/s.结果表明,网箱锚绳受力、波流力和容积损失率均与波高和流速成正比,与周期的关系不明显,且网箱系统所受的波流力约为网箱迎浪侧两根锚绳受力的合力.在波高H=4～6 m、流速U=0.75 m/s时,网箱容积损失率达到47%～56%,网箱变形较为严重,为此建议网箱养殖区域应选择流速小于0.75 m/s的海区较为适宜.周期对网箱容积损失率的影响很小,对浮架倾角的影响较为明显,波高和流速不变时,随着周期的增大,浮架倾角会有所减小.本研究旨在探讨波浪流对深水网箱受力及运动变形的影响,为高海况网箱养殖的风险评估提供参考依据.     

圆形网箱浮架系统的受力特性研究

运用线性波浪理论和刚体运动学原理,建立了波浪作用下网箱浮架系统的计算模型.在不同波高(H=4.2～7.0 m)和周期(T=7.2、8.6 s)条件下,采用计算机数值模拟方法,分别对浮架系统所受的锚绳力、波浪力以及合力矩进行了数值计算.通过计算结果的比较及分析表明,三者都随波高的增大而有所增大,其中迎浪侧锚绳力和水平波浪力与波高都有显著的正比关系.在各种不同波况下,迎浪侧锚绳力要大于背浪侧锚绳力,水平波浪力要大于垂直波浪力.     

基于FUNWAVE-TVD模型的离岸养殖围网内外波浪场数值模拟研究

本研究利用完全非线性Boussinesq数值模型FUNWAVE-TVD耦合多孔介质模型,建立了模拟围网波浪场的数值模型。将计算结果和实验数据进行对比分析,验证了该模型计算规则波在穿过网箱后传播过程的准确性。进一步研究了波高和周期等因素对围网内外波浪场特性的影响,探讨了围网波浪场特性与这些水动力因素的内在联系。结果显示,离岸养殖围网的存在使波浪场背浪侧出现衰减,波高衰减率受波浪周期影响较大,最大波高衰减达到93.3%。同时,较低频规则波的波高衰减区域呈辐射状趋势扩散,并随着波浪进一步传播,最大波高衰减位置开始向两侧扩散,围网背浪侧的波高衰减程度减小,波高有恢复趋势,而高频波浪的波高衰减区域则较为集中。本研究可为实际海域桩网围护的位置和构造提供分析依据。     

小尺度网箱缆绳张力在波浪中的变化特性

海水养殖网箱系统主要包括网箱框架、网衣和锚泊系统.其中锚泊系统是网箱系统安全的重要保证之一,而锚泊系统设计的核心问题是系泊力,即缆绳张力问题.为了保证受风浪冲击的网箱锚泊安全,必须对锚泊的动力负荷进行分析研究.为此本研究设计了一种小尺度网箱进行试验,通过测量不同波长、波高的波浪中网箱的缆绳张力、以及波浪通过网箱前后时的平均波高及波长,对网箱缆绳张力随波长、波高的变化进行分析和研究.结果表明,波浪中缆绳张力最大张力随波高的增加而增加,且随着波浪周期的增加张力增加的趋势随波高变缓,而波浪的波长和网箱框架的边长一致时,波浪单位截面积内的能量损失率达到最大值.     

应用两种不同的波浪理论计算方形网箱水平波浪力

运用莫里森(Morison)和库兹涅佐夫(Kuznetsov)的计算方法对方形网箱及其构件受到的水平波浪力特性进行分析,分别依据正弦波和司托克斯二阶波理论,导出相应水平波浪力的迭加计算公式,并把计算结果与两种尺寸的网箱水槽试验进行对比验证。结果显示,正弦波理论计算值与试验值平均误差分别为11．19％和13．67％,二阶波计算平均误差分别为11．03％和13．87％,表明两者计算结论的差异性和计算方法的可行性。在波长、周期、波高和水深分别为150m、10．2s、10m、40m情况下模拟计算实物网箱水平波浪力,其二阶波受力峰值范围比正弦波的要窄、波谷值曲线要平坦,两者波浪力计算相差达8．70％,并且相差率与波高、波长成正比例关系,与水深成反比例关系,从而说明不同的波浪水域环境下应用不同波浪理论计算具有重要意义。     

波浪作用下筏式养殖结构的动力分析

针对筏式养殖设施结构的特点,基于有限元商业软件ANSYS对其进行数学建模,通过数值计算,对不同位置浮标与吊笼的位移和最大锚绳力进行分析。数值模拟研究表明,筏式养殖设施整体结构在波浪作用下呈现周期性的运动趋势,但并未发生浮标或吊笼相互缠绕的现象,说明此筏式结构在波浪作用下能够安全使用。不同位置的浮标与吊笼,由于受到锚绳与筏绳相互牵引的作用,其位移随时间变化的趋势有所不同。两侧锚绳受力变化周期与波浪周期基本一致,迎浪侧锚绳受力明显大于背浪侧,锚绳力最大值约为1000 N。研究结果表明,通过对比不同的波浪工况条件,发现各个浮标和吊笼在水平与垂直方向的位移幅度均随着波高的增加而增大,且垂直方向位移幅度大于水平方向。     

Numerical investigation of the hydrodynamic behaviors of multiple net cages in waves

Large fish farms that include multiple-cages are becoming common in the aquaculture industry. Selecting an appropriate mooring structure and arrangement of cages is necessary to avoid fish cage and mooring grid system failures. A numerical model based on the lumped mass method and the principle of rigid body kinematics is developed to predict the hydrodynamic response of a fish cage and mooring grid system to regular waves. To validate the numerical model, a series of experiments is conducted. The numerical results of this model correspond with those obtained from experimental observations. Then, two cage arrangements are investigated, and the effect of the wave direction is analyzed. The results show that when the wave incident angle is 0°, the maximum tension forces on the anchor lines of the two cage arrangements are close to each other. There is not a significant difference between the effective fish cage volumes of the two cage arrangements. However, if one anchor line is broken, the two cage arrangements have different degrees of risk of having the cage structures swept away. When the propagation direction of the incident wave changes, the tension forces on the anchor lines also change due to different transfer load paths.     

潜浮式船型桁架结构深海养殖网箱避浪性能研究

深海网箱作为现代海洋渔业拓展外海养殖空间的重要养殖装备，其布设环境一般较近海更为复杂恶劣，对于保障其安全性和稳定性提出了更高的要求。本研究针对一种单点系泊潜浮式船型桁架网箱开展了模型比尺为1︰40的波浪流水池试验，重点围绕该网箱在不同吃水深度受波浪作用的系泊受力、升沉、纵摇和横摇等水动力学特性进行了比较分析。试验结果显示，波高为7.5~12.5 cm时(原型3~5 m)，网箱漂浮状态即可以满足养殖需求，其系泊力及运动响应均较小，具备较高的安全性和稳定性；恶劣海况时，即本试验中波高为15.0和17.5 cm (原型6 m和7 m)，通过整体下潜的方式网箱具有良好的避浪性能，其中，系泊力减幅达70%以上，升沉、纵摇和横摇等运动分量减幅也达20%~60%；波流试验中，海流对网箱避浪性能存在一定的影响，但总体上仍然具有较好的避浪效果。研究结果可为单点系泊潜浮式深海网箱的安全运行与日常管理提供理论依据和数据参考。     

海上风机与养殖网箱融合系统中网箱系泊绳张力与导管架基础结构安全性研究

海洋牧场与海上风电融合发展是现代渔业和清洁能源产业融合发展的典型代表,能够构建“海上粮仓+清洁能源”的新产业模式。本文基于福建漳浦六鳌海上风电场风机导管架构建养殖网箱与海上风机融合系统,运用Aqua-FE?有限元工具探究极端波流条件下不同网箱布设深度、波流入射角、生物附着程度对网箱系泊绳张力的影响;采用海洋工程专用设计软件SACS,计算分析风机导管架结构在波流及网箱系泊绳张力作用下的应力分布,评估养殖网箱系泊绳张力对风机导管架基础结构安全性的影响。结果表明,网箱布设深度的增加能够减少网箱系泊绳最大张力,显著改善网箱风机整体结构受力状态;波流入射角的改变对于网箱风机整体结构安全性影响不大;网衣生物附着程度的增加会显著增加网箱系泊绳最大张力,从而造成风机导管架基础杆件大量失效。综上所述,养殖网箱可布设于适当水深以减少受力,同时应及时清理附着生物,适当增加网箱系泊点附近的导管架杆件和导管架底部桩土点杆件的壁厚,以确保养殖网箱与海上风机融合系统结构安全。该结果可为深入研究网箱与风机融合系统的受力,评估该系统的安全性,优化设计养殖网箱与风机融合系统提供数据支撑。     

漂浮状态下重力式及碟形网箱锚绳受力特性的比较

深水网箱养殖是海洋牧场建设的重要手段之一,在其发展及应用过程中出现了多种结构形式,其中以重力式和碟形深水网箱应用最为普遍,国内外关于网箱的水动力特性已进行了不少研究,但结果存在较大差异。Colboume等曾对多种配重形式和锚碇形式的重力式网箱的水动力特性及运动特性进行试验,     

A note on the behaviour of adult Atlantic halibut, Hippoglossus hippoglossus (L.), in cages

Abstract. Observations of adult Atlantic halibut, Hippoglossus hippoglossus (L.), behaviour in cages were made with underwater camera and video recording equipment. Significantly more fish ( P < 0·01) were found on the cage bottom than in the water column, fish tending to congregate around the outside rather than in the centre of the cage. During rough weather, the cage bottom was observed to heave violently and proportionately fewer fish remained on the bottom, those which did adopting an arched body posture with heads and tails not in contact with the cage bottom. Around 25% of the caged fish were active at any time, most of the active fish remaining close to the cage surface or bottom, with little use being made of the remaining cage volume. Fish were observed to swim in a circular pattern close to the cage walls (mean velocity 0·53 m/s), maintaining such behaviour for periods of up to 5min with little change in swimming speed. Whilst all food types were ingested, items delivered directly lo the cage bottom were taken only if detected within the first minute or so. The implications for rearing Atlantic halibut in conventional cages are discussed.     

A prediction on structural stress and deformation of fish cage in waves using machine-learning method

Generally, the hydrodynamics of a fish cage are investigated using numerical simulation, physical model experiments, and field measurements. However, these traditional research methods are time consuming and low in efficiency. In this study, an artificial neural network (ANN) model is built such that the hydrodynamic characteristics of a fish cage in waves can be predicted rapidly. The training data of the ANN model are generated by a well-developed numerical model from our previous studies. The parameters in the hidden layer of the ANN model are determined considering the prediction accuracy of the hydrodynamic results of the fish cage. The ANN model is validated against a well-developed numerical model with satisfactory accuracy. Using the proposed ANN model, the hydrodynamic results of the fish cage including the maximum tension in mooring lines, minimum effective-volume ratio, and maximum stress of the floating collar are predicted for various waves. Overall, the predicted results indicate a trend consistent with that of the previous studies. The present model can potentially forecast disasters for an oncoming typhoon, which is important for the hazard prevention of a fish farm.