虾夷扇贝捕捞网具的改进及应用效果

该文针对目前扇贝捕捞网具捕捞效率低及耗能大等问题,通过对獐子岛集团股份有限公司3 a龄虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)底播养殖海域海底状况与网具捕捞效果的调研,提出了虾夷扇贝捕捞网具的改进措施,并在辽长渔养15021号扇贝采捕船上进行了2个阶段海上生产对比试验,得出以下结论：第一阶段在原生产网具的基础上,安装扭簧式弹性拨贝齿及增大网目等措施,在拖网航速为4kn时,改造后网具单网平均捕捞量较生产网具提高了36.5%,扇贝破损量降低了49.4%,泥沙量降低了21.9%,单位捕捞耗油量降低了27.8%。第二阶段改造网具在第一阶段的基础上,增大网口扫海面积,并且将网身改为"宽口窄尾"结构,添加一道网口链及辅网衣,并加装主网拐雪橇板、拐前拨贝齿及网底托架小车,在拖网航速为4kn时,单网捕捞量较第一阶段改造网具提高了102%,扇贝碎贝量降低了161%,泥沙量降低了209%,单位捕捞耗油量降低了24.6%;而较原生产网具单网平均捕捞量提高了200%,扇贝破损量降低了236%,泥沙量降低了296%,单位捕捞耗油量降低了45.6%。由此说明新型虾夷扇贝捕捞网具具有高效、节能和低生态等特点,推广应用前景广阔。     

虾夷扇贝海上转运系统改进设计与试验

针对目前虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)海上转运系统作业装备落后及作业方式不合理,致使作业效率低、用工人数多、以及扇贝缩边死亡与碎贝现象严重等问题,通过对獐子岛虾夷扇贝海上转运系统的调研,提出了一种转运方案,并对转运装备进行优化设计。通过海上生产对比试验,得出以下结论:为虾夷扇贝采捕船配备甲板拣贝作业系统与可折叠式装贝笼箱,优化了采捕船拣贝、装箱、装卸舱等作业模式,使劳动强度大幅降低,且用工人数减少2人/艘,作业时间缩短了约0.6 h;运输船采用可折叠式装贝笼箱代替原转运笼箱,使笼箱装卸流程更加合理高效,且作业时间缩短了约0.52 h;采用改造后虾夷扇贝转运系统运输,扇贝缩边死亡率与碎贝率显著降低,其中扇贝平均缩边死亡率约为1.92%,且5个月试验扇贝缩边死亡率无显著差异(P0.05),与原转运系统相比显著降低(P0.05),降低了约1.43%;改造后平均碎贝率约为0.84%,且5个月试验碎贝率无显著差异(P0.05),较原转运系统显著降低(P0.05),降低了约1.99%;改造后的虾夷扇贝海上转运系统经济效果显著,每年可节省费用约2 853.6万元。由此说明,改造后的虾夷扇贝海上转运系统具有高效、高收益等特点,推广应用前景广阔。     

南极磷虾拖网结构优化设计与网具性能试验

目前中国南极磷虾渔业缺乏专用捕捞网具,针对现有网具与渔船匹配性差、网口扩张较小的主要问题,通过分析多种现用南极磷虾拖网结构及性能,提出了缩短南极磷虾捕捞网具总长度和网身长度的优化方案,自主设计了TN01型4片式小网目南极磷虾拖网。实船海上生产测试结果表明:当曳纲长度小于230 m时,囊网部位后翘影响导鱼效果。当曳纲大于230 m后,随着作业水深增加,囊网所处水深增加,拖网网型展开良好,建议网具浮沉比配备为1:1.1;网口垂直扩张与曳纲收放长度关系无显著相关,拖网航速为1.542 m/s时试验网具网口高度为26~29 m,垂直扩张比达到0.11~0.12;随着曳纲长度由90 m放长到370 m,水平扩张也由14 m扩张到20 m,水平扩张比为0.22~0.32;渔获量对比分析表明,昼夜之间渔获量差异不大,白天平均网次产量为33 t,夜晚平均网次产量为28 t,平均每网次渔获产量为30 t,较同渔区作业渔船(平均每网次产量约20 t)提高约50%。试验网具达到设计预估性能、渔获效率理想,可为进一步自主研发南极磷虾捕捞网具提供参考依据。     

虾夷扇贝浮筏养殖作业改造与试验

该文针对目前虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)浮筏养殖作业用工量大、劳动强度高、工作效率低、耗能高以及尾气和噪音污染严重等问题,通过对獐子岛虾夷扇贝浮筏养殖作业工作模式与回收养殖吊笼方式的调研,提出了虾夷扇贝浮筏养殖作业的改进方案,并通过海上生产对比试验,得出以下结论:第1阶段以8 m长浮筏养殖作业船为母船,安装了电动拔梗装置、拔笼装置、抖笼装置、筛苗装置以及齿形滑轮滑梗装置,改变单纯依靠人力工作的作业模式为机械化作业模式,不仅用工人数及劳动强度大幅降低,并且拔笼量较原浮筏养殖作业平均每天单船提高了56.01%,耗能费用降低了13.95%;第2阶段在保留第1阶段机械化设备的基础上,对养殖作业船只的作业模式进行了改造,用船长12 m、船宽3.3 m、型深0.7 m,尾挂机型号洋马/CY1115,最大功率16.2 kW的作业船代替了原来船长8 m、船宽2.4 m、型深0.5 m,尾挂机型号ZS195,最大功率9.7kW的作业船,并省去了辅助运输船舶,将养殖作业和辅助运输合并为一条船。试验结果显示,拔笼数量较第1阶段改造的浮筏养殖作业模式平均每天单船提高了31.69%,较原浮筏养殖作业模式平均每天单船拔笼量提高了1.05倍。第2阶段改造的浮筏养殖作业船的装载和运输能力满足实际工作需求,平均每天单船耗能费用与第1阶段改造的浮筏养殖作业模式无显著性差异,较原浮筏养殖作业模式降低了14.12%。同时第2阶段改造的浮筏养殖作业模式较原浮筏养殖作业模式其单船年节省费用1.08万元。由此说明改造后的浮筏养殖作业装备及作业方式具有节能、高效等特点,推广应用前景广阔。     

DX-180型玻璃钢扇贝拖网渔船优化改造与试验

针对日本引进的DX-180型玻璃钢扇贝拖网渔船在獐子岛海域捕捞过程中出现的高能耗、低产量等问题,通过对该渔船与獐子岛扇贝捕捞主力船型(辽长渔养15021钢质扇贝拖网渔船)的技术指标差异性分析得出,该渔船配备的捕捞网具与作业模式无法满足中国海域扇贝捕捞需求。因此,该文提出优化捕捞网具与作业模式,并通过在獐子岛虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)底播海域的海上对比试验论证其改造的合理性。试验分2阶段进行,第1阶段通过增大网具扫海面积并对作业参数进行优化与论证,确定在沙砾底、泥沙底和泥底的最佳拖网航速与曳纲长度;第2阶段进行海上生产对比试验,并以单位捕捞油耗、单位捕捞效率和单位捕捞成本为经济评价指标。试验结果表明,优化后的DX-180型扇贝拖网渔船的捕捞量与耗油量均得到有效改善。与预替代的辽长渔养15021钢质扇贝拖网渔船相比,虽单位捕捞油耗与钢质拖网渔船基本持平,但在单位捕捞效率和单位捕捞成本方面均优于钢质拖网渔船,其中单位捕捞效率提高了37.5%,单位捕捞成本降低了26.0%,符合扇贝低碳化产业发展需求,对中国推广玻璃钢扇贝拖网渔船从技术与经济性方面提供参考。     

基于导流方法的真空吸鱼泵改进与试验

针对真空吸鱼泵起捕过程中存在鱼体损伤和起捕效率低的问题,该研究对集鱼罐的结构和吸鱼泵的工作方式进行改进。进鱼管穿过集鱼罐底进入集鱼罐内部,在进鱼管的顶部设置倒置的喇叭状导流结构,起捕时,鱼水混合物进入集鱼罐后分离,鱼留在集鱼罐内,水被排出集鱼罐。以鱼水比1:1时的数据做比较基准,当鱼水比分别为1:2、1:3、1:4、1:5时,经计算,输送相同质量的鱼,改进吸鱼泵用时比真空吸鱼泵分别减少20.4%、30.6%、36.8%和40.8%。开展真空吸鱼泵和改进吸鱼泵吸水过程的数值模拟分析并进行试验验证。结果表明,与真空吸鱼泵样机相比,改进吸鱼泵的集鱼罐内涡流不明显,输送能力不随鱼的提升高度而变化;改进吸鱼泵的输鱼友好性更强,鱼体无损伤。研究结果可为大型鱼类起捕装置设计提供理论依据和参考。     

GU-PCM2型控温式相变蓄冷冷藏车设计与空载性能试验

现有蓄冷冷藏车蓄冷装置多位于车厢顶部,存在重心偏高、不可控温等问题,基于此,该文设计了一款集相变蓄冷单元、车载制冷系统、隔热车厢、送风系统等于一体的GU-PCM2型蓄冷冷藏车。该蓄冷车将蓄冷装置独立设置于车厢前端并保温,系统利用夜间低谷电进行充冷,可在-25～10℃之间根据需要调控车厢温度。对蓄冷冷藏车厢设定温度为0和-18℃的2种工况进行空载温度场仿真与测试。结果表明,车厢内各测温点的模拟温度与实测温度均方根误差分别为0.7和0.8℃,最大绝对误差分别为1.1和1.2℃。冷藏车可有效控温10 h以上,车厢平均温度分别在1.1～2.9℃和-14.8～-16.9℃之间,波动范围为1.8和2.1℃,温度不均匀度系数在1.0以内。控温式蓄冷冷藏车与传统蓄冷车的对比试验结果表明,其平均温度波动值降低48.7%,温度绝对不均匀度系数降低50%以上,车厢质心较顶置式蓄冷车下降25.9%。研究结果可为蓄冷冷藏车的进一步优化设计与应用提供参考。     

低比转数离心泵的多目标优化设计

为了提高IS50-32-160低比转数离心泵在设计工况下的扬程和效率,采用数值模拟、试验设计、近似模型和遗传算法相结合的优化方法,选取了泵叶轮的叶片出口宽度、叶片出口安放角和叶片包角3个参数作为设计变量,采用最优拉丁超立方试验设计方法进行20组方案设计,应用ANSYS CFX 14.5软件对各方案进行定常数值计算,得到设计工况下的效率和扬程,并将效率和扬程作为设计目标,根据Kriging近似模型建立了设计目标与设计变量之间的近似函数,采用遗传算法对近似函数进行求解,得到最优的叶轮参数组合。研究结果表明:原始方案的外特性数值模拟结果与试验结果吻合程度较好,设计工况下预测扬程偏差为3.3%;优化后的泵水力效率提高了4.18%,而且近似模型在预测性能的准确性高;通过对比原始方案和优化方案的内流场特性,优化方案内部流动得到改善,优化的叶轮的漩涡区域比原始方案的较小;优化使得效率在主频和次频下的脉动幅值分别下降了1.52和0.84,叶轮内的较大压力脉动强度区域减小,隔舌附近监测点在主频下的压力脉动系数幅值下降了0.02。非定常压力脉动强度降低,从而泵的运行稳定性提高。提出的优化设计方法对低比转数离心泵高效以及无过载特性的优化具有一定的参考意义。     

低比速多级潜水泵优化设计

按无过载设计要求,为大幅度提高效率,以QS10低比速潜水泵的优化为例,选择叶轮出口宽度、叶片进口冲角、叶轮叶片数、导叶进口安放角等10个参数为变化因素,按L27(310)正交试验方案设计了27组模型;研究了适合多级泵性能预测的方法;通过分析计算流体力学两级全流场数值模拟的结果,得到各几何参数对轴功率、效率指标影响的主次顺序:导叶叶片进口安放角β3对效率的影响最大,叶片出口安放角β2对轴功率的影响起主要作用;将正交分析所得到的最优方案制成样机进行性能测试,该优化模型泵额定点效率为58.61%(大于国家规定的效率值51%),最大轴功率值为3.83 kW(符合设计要求的4 kW),验证了正交设计结合数值模拟手段在泵优化设计方面的可行性。     

基于不等扬程的离心式长轴泵的优化设计与试验

为使离心式长轴泵能够在不同工况下高效运行,该文以500GJC-32.3×3型离心式长轴泵为例,对其进行优化,首先根据传统方法估算离心式长轴泵叶轮参数,通过正交方法对离心式长轴泵叶轮进行优化设计,对正交试验结果进行极差分析,得到了叶轮几何参数对离心式长轴泵扬程和效率影响的主次顺序。综合考虑各参数对离心式长轴泵性能的影响,选取重要因素,基于不等扬程设计理论,采用控制变量法对叶轮进行多方案优化设计,对比不同方案计算结果可知:基于不等扬程理论优化设计的叶轮具有较好的水力性能,选择合适的后盖板无穷叶片数理论扬程系数,可使叶轮水力性能趋于最佳。对于该型离心式长轴泵,当后盖板无穷叶片数理论扬程系数取1.1时可获得较优的水力性能,对比较优方案的试验与计算结果可知:二者变化趋势相同,扬程、效率、轴功率的最大误差分别为4.02%、5.58%、3.59%,在(0.8~1.2)倍设计流量工况下,扬程、效率、轴功率的误差小。同时由试验可知:该型离心式长轴泵在设计流量时扬程大于97 m,效率高于82%,最高效率点出现在1.1倍设计工况附近为83.22%,曲线具有较宽的高效区和无过载特性,能够满足设计要求,在丰水期和枯水期均能高效稳定的运行,同时可降低电机的配套功率,减少一次成本投入。因此,该文的研究结果对离心式长轴的优化设计有较好的参考价值。     

Impacts of lost fishing gear on coral reef sessile invertebrates in the Florida Keys National Marine Sanctuary

The Florida Keys coral reef ecosystem supports multimillion-dollar commercial and recreational fisheries. The ecological effects caused by fishing gear that is lost when cut or broken after snagging on the bottom is a growing concern to managers and scientists. Few data exist, however, to assess the impacts of lost fishing gear to benthic organisms and habitat structure. In this study, 63 offshore coral reef and hard-bottom sites were surveyed during 2001 to quantify the impacts of lost fishing gear to coral reef sessile invertebrates. Lost hook-and-line fishing gear accounted for 87% of all debris (N=298 incidences) encountered and was responsible for 84% of the 321 documented impacts to sponges and benthic cnidarians, predominantly consisting of tissue abrasion causing partial individual or colony mortality. Branching gorgonians (Octocorallia) were the most frequently affected (56%), followed by milleporid hydrocorals (19%) and sponges (13%). Factors affecting the impacts of lost fishing gear include sessile invertebrate density, the density of lost fishing gear, and gear length. While lost hook-and-line fishing gear is ubiquitous in the Florida Keys, less than 0.2% of the available milleporid hydrocorals, stony corals, and gorgonians in the habitats studied are adversely affected in terms of colony abrasions and partial mortality.     

远洋渔业多波束声呐主机高效散热设计与验证

为了解决多波束渔用声呐主机在远洋渔船高温、高湿环境下工作时面临的散热问题,该研究从多波束渔用声呐主机的散热分析出发,运用传热学和结构设计的相关理论,对渔用声呐主机进行了热设计。首先运用系统分析法对声呐主机整个散热过程中的结构和散热方式展开研究;然后,利用热仿真软件对声呐主机的散热过程进行仿真,对比信号处理机在不同风道设计方案下声呐主机的整机温度的变化,多款散热风扇对整机散热效果的影响,在不同环境温度下（20、30、40、50 ℃）声呐主机的散热能力,以及热设计前后的温度分布;最后,搭建了声呐主机散热测试平台,验证声呐主机的真实散热能力。结果表明,强迫对流与自然冷却结合的散热方式可以解决声呐主机的热量堆积问题。仿真结果表明,4条风道的设计可作为声呐主机的散热方案,选用的FFB0612SHE和FFB0612EHE散热风扇符合声呐主机的散热要求,通过热设计可使声呐主机的温升控制在25 ℃以内,热量堆积现象大幅改善。散热试验结果表明,热设计后的渔用声呐主机散热能力大幅提升,声呐主机的温升控制在25 ℃以内,各板卡之间的温度控制在5 ℃以内,验证了仿真分析结果,在热源与主机外部环境之间形成了一条低热阻的通道。研究结果提高了声呐主机的工作稳定性,为声呐主机在远洋渔船高温、高湿环境下的正常工作提供了解决方案和理论分析方法。     

非圆锥齿轮球面齿廓数值计算方法

非圆锥齿轮传动是宽窄行分插机构实现空间插秧轨迹的重要组成部分,而满足不同机型的宽窄行分插机构需要设计不同参数的非圆锥齿轮。针对目前设计不同非圆锥齿轮需建立不同齿廓计算模型的问题,该文开展了基于样条曲线拟合封闭球面曲线的非圆锥齿轮大端齿廓数值计算方法研究,利用三次Nurbs曲线拟合方法建立了球面节曲线的统一表达式;根据齿形法线法和球面三角形性质建立了大端齿廓和齿根过渡曲线的数值计算模型,编写了基于Matlab的非圆锥齿轮大端齿廓计算程序;以一种步行式宽窄行分插机构的传动齿轮为例,当节点数取720时,齿槽齿厚差值可达到0.0037 mm,可以满足加工要求;并在ADAMS软件中采用齿间加载接触力的方式得到了与理论计算结果相吻合的齿轮传动比,验证了该齿廓计算方法的正确性,从而实现了非圆锥齿轮的通用化设计,为行星轮系式的宽窄行分插机构、取苗机构、植苗机构等种植机械关键部件实现期望运动轨迹提供技术支持。     

环量分布对基于反问题设计的混流泵优化结果的影响

为定量研究叶轮出口环量分布对导叶式混流泵优化结果的影响,该研究在试验验证数值模拟准确性的基础上,以反问题设计为基础,结合最优拉丁超立方抽样法,径向基神经网络模型和多岛遗传算法,以0.8Qdes、1.0Qdes和1.2Qdes处泵段加权效率为优化目标（Qdes表示设计流量）,以1.0Qdes处扬程变化小于3%为约束条件,在自由涡设计（叶轮出口环量恒定分布）和强迫涡设计（叶轮出口环量线性变化）两种不同方案下分别对比转速为511的导叶式混流泵叶轮进行参数化优化,并对优化结果进行对比分析。研究结果表明：以轮毂处环量值作为翼展方向环量分布控制参数,结合连续性方程、能量方程和径向平衡方程,对叶轮出口处环量分布进行计算是可行的;局部敏感性分析表明环量控制参数对优化结果具有较大影响,在优化设计中应该被考虑;自由涡设计优化结果的加权效率为84.14%,而在强迫涡设计中该加权效率为85.08%,且两者扬程均满足约束条件,内流分析表明强迫涡设计中效率的提升主要由叶轮出口附近流态的改善引起。研究结果可为同类型涡轮机械的优化设计提供参考。     

U型渠道移动式流线型量水槽扩散段水力特性及结构优化方法

移动式量水槽较固定式具有不易淤积、可移动多处重复使用等优点,流线型外形的量水槽水力性能好,量水槽的扩散段对水力性能影响大,然而当前还缺乏扩散段的设计原理与方法方面的研究。为了研究量水槽结构型式对水力特性的影响,为流线型量水槽结构设计提供理论指导,该研究建立D40U型渠道模拟模型,其后用FLOW-3D对35、45和55 L/s流量下的半椭圆+半椭圆、半椭圆+抛物线、半椭圆+圆弧、半椭圆+Myring曲线和鱼形量水槽进行模拟,结合原型试验验证数值模拟效果,进而探讨扩散段设计原则与方法。最后基于isight平台对水力性能较好的半椭圆+ Myring曲线和鱼形量水槽进行结构优化。结果表明,45 L/s流量下数值模拟与试验水深相对误差为0.1%~1.3%,上游、喉口和下游断面流速相对误差分别为0.19%~6.63%、0.06%~6.15%和0.02%~6.22%,模拟结果精度高。5种量水槽上游佛汝德数均小于0.5,最大壅水高度为5.71 cm,均满足测流精度和渠道安全要求。其中,半椭圆+Myring曲线量水槽水头损失和壅水高度最低,半椭圆+半椭圆量水槽临界淹没度最高,佛汝德数最小。量水槽扩散段设计原则为：在略微减少临界淹没度的条件下,扩散段前半段设计为曲率较大的曲线,以降低上游壅水高度;后半段设计为曲率相反且曲率较小的曲线,以改善过流流态,平顺水流,降低水头损失。优化后的半椭圆+Myring曲线和鱼形前半段曲率增大,后半段曲率减小,壅水高度和佛汝德数均有所降低,水头损失分别降低5.5%和6.3%,优化后曲线线型满足扩散段设计原则。研究可为流线型量水槽结构设计与优化提供理论指导。     

水泥混凝土路面传力杆系统极限承载力的扩展有限元分析

针对超载引起的水泥混凝土路面传力杆系统的早期损坏问题,在多工况道路整体结构三维有限元分析的基础上,基于扩展有限元方法与子模型技术,对传力杆周围混凝土的承载力极限开裂过程进行了数值模拟。计算给出了传力杆周围混凝土材料内裂纹萌生、扩展及最终的破坏形式,并设计足尺试验对数值模拟结果进行验证,对比结果表明两者在加载点荷载-位移曲线与裂纹断裂模式上吻合较好。根据该文的研究可以发现,采用扩展有限元法与子模型技术相结合的方式,能够快速、准确地计算传力杆系统的极限承载力,进而反推出水泥混凝土路面缩缝结构的临界车辆轴载。同时该文的研究方法为解决混凝土结构局部应力集中区域的开裂、破坏过程行为研究提供了一种可行性数值研究手段。