歧管式高压射流水下洗网机的设计

文章针对深水网箱养殖过程中岸电供应不便而给网衣的水下清洗带来极大困难的问题,研制了歧管式高压射流水下洗网机,克服了高压仓式洗网机水头损失大的缺点。通过水力学计算得到歧管式高压射流水下洗网机射流压力P=5．57MPa、喷嘴孔径d=2．6mm、射流速度v=104．1m·s。和射流功率P=12．3kW、射流反冲力F=234．96N。水下洗网机的海上清洗试验表明,在工作泵满足工作压力和设计流量条件下,歧管式高压水射流水下洗网机的综合性能达到了设计要求。     

高压水射流水下洗网机旋转射流打击力计算

依据水力学公式计算出歧管式高压水射流水下洗网机旋转的射流角速度和射流打击力。分析结果表明:旋转的射流打击力随偏转角增大而递减,但随射流压力、旋转半径和喷嘴孔径增大而增大;合理选择喷嘴孔径对旋转的射流打击力的增强作用明显,而增大旋转半径对射流打击力的增强作用较弱;旋转的射流打击力比非旋转的射流打击力更有利于提高清洗网衣的效率。海上清洗试验表明,在合理的压力和流量条件下,旋转的射流打击力清洗网衣的效果良好。     

喷嘴结构对网衣清洗装备水下空化特性的影响

针对我国深远海大型网箱养殖网衣清洗装备缺乏的难题,基于高压射流空化原理,研制了一种双体深水网箱网衣清洗装备。采用数学建模及物理试验方法,建立了清洗装备关键部件的水动力特性分析方程,开展清洗装备水下清洗试验,探究了不同工况下的喷嘴孔径、喷嘴与转盘夹角 (喷嘴轴线与分流转盘盘面所呈角度)、靶距对清洗装备污损生物清洁率的影响。结果表明：网衣挂板污损生物去除率受靶距、喷嘴孔径、喷嘴和转盘夹角等多因素影响,试验参数范围内网衣清洗装备污损生物去除率为30.26%~72.55%;试验范围内喷嘴孔径为1.0 mm,喷嘴与转盘夹角为60°,靶距为0 cm时网衣挂板污损生物去除率最大,靶距对网衣挂板污损生物去除率的影响最为显著。贝类污损生物在清洗装备空化射流冲击作用下主要以壳体破碎形式脱落,网面主要残留物为具有较强吸附力的软质足丝盘。研究结果进一步优化了水下清洗装备系统的参数配置,为网衣清洗装备的设计提供了理论支撑。

     

转盘式网箱清洗装置设计与模拟试验

在网箱养殖过程中,网衣附着物的产生影响了网箱内部水流交换和鱼类的正常生长。设计了一套转盘式网箱清洗装置,用于解决网衣附着问题。根据选取的水泵(额定流量Q_额=30 L/min、额定压力p_额=20 MPa),应用连续性方程和伯努利方程,通过水力学计算并使用流量测速法进行实物样机试验,确定了清洗盘的最优喷嘴直径d=0.6 mm,其射流速度v=196.41 m/s、射流压力p=19.3 MPa。运用基于有限体积法的计算流体力学软件FLUENT对高压水射流场进行数值模拟分析,确定清洗盘与网衣的最大工作距离为10.3 mm;验证了使用Realizable k-ε湍流模型可以精确地计算此射流工况下的水动力学参数。结果表明,设计的网箱清洗装置可以满足网衣清洗需求,为网箱清洗装置的设计和优化提供参考。     

轻型移动式水下洗网装置设计

针对深水网箱特殊的工作环境,依据高速水流驱动叶轮旋转的工作原理,研制出一种用于养殖网箱的便携式水下网衣清洗装置.根据驱动叶轮的结构形式以及设计参数,基于动量定理及力矩平衡方程,对洗网装置的动力参数进行了理论计算,得到的喷嘴出口流速值为50.04 m/s,水流对叶轮的冲击力为28.56 N.在此基础上,结合能量方程,确定出所需工作泵的相关性能参数分别为流量37.71 L/min、压力2.9 MPa、功率2.95 kW.试验测试结果表明,在工作泵选型满足工作压力条件下,该装置的综合性能达到了设计要求.     

空化射流式深水网箱网衣清洗装备的性能研究

为揭示网箱网衣附着污损生物的去除机理及影响因素,文章运用数值模拟方法结合样机试验,分析了淹没环境不同工况下清洗装备喷嘴的空化特性,获取了不同入口压力、喷嘴孔径(d)的清洗装备网衣挂板清洗清洁率,探究了空化射流作用下深水网箱网衣污损生物的去除机理.数值模拟结果表明,额定流量下,喷嘴孔径为0.6～1.0mm,喷嘴最大气相体...     

国外深海网箱养殖业发展动态及其对中国的启示

深海网箱养殖是重要的海水养殖模式,网箱网衣的定期清洗是确保养殖质量和安全的关键环节。目前,网衣普遍采用人工清洗,不仅费时费力,且随着深海网箱规格越来越大,人工方式难度显著提升。洗网机器人为深海网箱网衣清洗提供了更加安全、便捷的方式;然而,洗网机器人在贴网清洁和水下穿梭过程中,受力难建模、状态难观测,设计抗扰动能力强、能耗低的控制器困难,开展全面实验及数据记录成本高、时间长。针对上述问题,在物理仿真环境Gazebo的基础上,考虑了推进器和洗盘的存在,并分析了在水下环境中诸如附加质量、阻尼等各项水动力学特性以及流场环境等因素对洗网机器人的影响,构建了一套洗网机器人仿真系统,使得洗网机器人水下工作完备数据易获得、控制性能易验证、模型性能易对比,从而助力洗网机器人的控制器开发。

     

基于超短基线的深水网箱网衣监测系统设计

海水网箱养殖已经发展成为中国海水养殖的支柱产业之一,网衣的状态对深水网箱的养殖过程至关重要。为掌握网衣的实时状态,设计了一种基于超短基线水声定位技术的深水网箱养殖网衣监测系统。系统由固定于网箱监测平台上的基阵和安装在网衣节点上的水下信标组成,基阵与信标之间收发声信号,对信标进行定位。系统多个信标的水声定位采用m序列伪随机信号,利用码分多址技术以区分网衣上的多个信标。信标信号的收发由单片机控制,当接收到基阵的定位指令信号时,即发送本机地址码,根据传播时间及相位计算每个信标的空间坐标。监测系统利用该空间坐标计算网衣的容积,还原网衣状态,实现对养殖过程的实时监测。此系统可有效解决网衣水下光学监测存在的问题,如可视范围小、水质要求高、难以长期监测等,可用于浑浊海区的网箱网衣监测。     

围网网衣清洗装备的设计与打击力试验

在深海围网养殖过程中，围网网衣容易滋生很多附着物，影响围网内外部水体流动交换，附着物还会加重网衣重量，受海浪冲击时可能造成网衣破损。针对围网网衣清洗难的问题设计了一套围网网衣清洗装备。该装备采用水射流清洗技术，根据选取的高压泵(额定流量50 L/min,额定压力20 MPa)应用水动力学计算该装备喷嘴的理论直径与水射流理论打击力，加工样机进行水射流打击力对比试验来确定其最优喷嘴出水口形状和直径。结果显示：该设备在选配0.8 mm的圆柱形喷嘴时能与该高压泵的额定压力流量相匹配，可对该泵的压力流量进行最大化利用。研究表明，该设备在水下清洗时配有0.8 mm的圆柱形喷嘴能产生的射流打击力最大，且在靶距保持在10 mm内清洗效果最好，并为水射流清洗研究提供参考意义。     

基于ANSYS的水下洗网机流场模拟仿真

建立了水下洗网机内部流动的CFD计算模型,用计算流体力学软件ANSYS—FLOTRAN对水下洗网机内部的流场进行了模拟分析,得到了洗网机内部流体的速度分布曲线及压力分布曲线。分析结果为研究洗网机结构参数的优化设计提供了重要参考。     

大亚湾鱼类深水网箱养殖对环境的影响

2016年5月(养殖开始前)和2016年8月(养殖投饵高峰期)对大亚湾大碓鱼类深水网箱区、外围区(网箱外0.1 km)和非养殖区(网箱外10~15 km)的海水和沉积环境进行了调查,采用有机污染指数(A)法、营养状态质量指数(NQI)法对水环境进行评价,用潜在生态危害指数(RI)法对表层沉积物重金属潜在生态危害进行评价。结果显示,与传统网箱养殖化学需氧量(COD)由网箱区中心向四周递减的趋势不同,深水网箱养殖CODMn浓度在3个区域间无显著性差异。深水网箱养殖海域水质较好(A1),水质处于贫营养水平(NQI2)。深水网箱养殖海域表层沉积物重金属铅(Pb)和锌(Zn)含量均符合第一类海洋沉积物质量标准,但铜(Cu)和镉(Cd)含量轻微超标。沉积环境处于轻微生态危害状态(Eir30,RI100),与中国同类型海区相比,污染危害程度相对并不严重。深水网箱养鱼对周围海域环境的影响较小。     

喀斯特深水型湖泊网箱养殖对水体细菌群落结构的影响--以万峰湖为例

贵州省万峰湖（104.5°E至105.1°E,24.7°N至24.9°N）分别于网箱上游1000m处（对照点）以及网箱内、网箱下游200m、400m、600m、800m处设置采样点,每个采样点均采集表层、中层（25m）、底层（50m）水体水样。 利用高通量测序技术研究了水样中 细菌群落多样性,以探究网箱养殖对喀斯特深水型湖泊水体细菌多样性的影响。结果显示：18个水样中共鉴定出细菌门类38个,微生物细菌属699个,其中Flavobacterium（黄杆菌属）和Pseudomonas（假单胞菌属）是万峰湖水体中优势菌属,然网箱底层水体中分布有Lactobacillus（乳杆菌属）、Barnesiella、Shewanella（希瓦氏菌属）、Sphingomonas（鞘氨醇单胞菌）、Shewanella、Sphingomonas等特异性优势菌属。对不同采样点细菌多样性分析表明：万峰湖水体与网箱的水平距离是影响细菌群落结构的关键,影响范围在800m以内。网箱养殖造成了底层水体大量特异性细菌种属的产生。pH、总磷和COD是影响网箱水体细菌群落的关键因子。本研究结果可为湖泊渔业养殖可持续性发展和湖泊生态环境保护提供参考。     

海水网箱网衣防污技术的研究进展

海水网箱养殖中,网衣污损附着物会影响网箱设施安全及其养殖鱼类的健康生长,因此,网衣防污是网箱养殖业备受关注的问题.本文在简述海水网箱网衣分类与特点的基础上,重点介绍了人工清除法、防污涂料法、机械清除法、金属合金网衣防污法、箱体转动防污法、生物防污法、网衣本征防污法等网衣防污技术最新研究进展;结合本课题组在网衣防污方面的...     

HDPE圆形重力式网箱受力变形特性的数值模拟

该研究旨在综合探讨不同网箱周长、浮管管径、网衣高度及网目大小对整体网箱受力变形的影响,为网箱的科学合理选型提供数据参考。设定的网箱周长40—80m,浮管管径250～630mm,网衣高度6～20m,网目大小45～115mm。通过数值模拟方法对4种规格高密度聚乙烯圆形网箱在不同组合条件下网箱锚绳受力、波流力以及容积损失率进行了数值计算。结果表明,大规格网箱的锚绳受力、波流力更大,容积损失率更小,锚绳数量的增加可以大大降低锚绳受力。相比浮管管径,网衣高度和网目大小对网箱受力变形的影响更显著。整体网箱的受力变形随着网衣高度的增加而增大,随网目的增大而减小。     

我国深远海网箱养殖工程与装备技术研究综述

自升式桁架网箱凭借便于将养殖箱体下潜入水的结构特性,为更好地适应深远海养殖极端环境提供了一种选择。网衣作为桁架网箱关键部件,通过纲绳系缚于桁架管上,在外部环境载荷作用下可能会对网箱主体结构强度产生影响。针对一种自升式桁架网箱,基于SESAM/GeniE建立其有限元分析模型,分析了在有无网衣及不同网衣参数条件下的网箱主体结构响应。结果表明：网衣对网箱主体结构响应评估存在较大影响,尤其在流速较高时,网衣阻力大幅增加,直接影响网箱桩腿受力和桁架利用系数 (Utilization factor, UF) 值,证明在校核网箱主体结构强度时不可忽略网衣的作用;不同网目群化比下,网衣对自升式深海网箱整体结构响应评估结果影响不大,在网箱主体结构响应仿真计算中可以考虑使用较大的网衣群化比来提升计算效率;网衣系缚纲绳数量变化对网箱主体结构的响应评估基本无影响,但增加系缚纲绳可以有效减少纲绳受力。

     

圆形网衣在水流作用下的运动变形特性

研究网衣在水流作用下的运动变形是深入了解网箱耐流特性的关键。本研究基于集中质量点法,建立了圆形网衣在水流作用下的数值计算模型,并利用前人的试验结果对数值模型进行了验证。验证结果表明,无论是网衣的变形还是受力情况,模拟结果都与试验结果吻合良好。在此基础上,针对实际应用中的圆形网衣,在不同配重(GW1=400kg、GW2=800kg)和流速(U=0.3～0.9m/s)条件下,对网衣变形、网衣底端前后点位移、网衣底端倾角进行了数值模拟,探讨了流速、配重大小对网衣运动变形特性的影响。结果表明,水流速度的增大会加剧网衣的变形,在配重GW1、流速U=0.75m/s时,网衣容积损失率达到50%以上。网衣底端前点的水平位移大于后点的水平位移,前点的垂直位移则小于后点的垂直位移,随着流速的增大,网衣底端前后点的位移差异将更为明显。当配重增加时,网衣底端位移、倾角以及网衣容积损失率可相应减小,网衣变形得到一定改善。数值模拟证明,本研究所建立的数值计算模式具有较好的稳定性和解的收敛性,可为下一步波浪、流联合作用下的整体网箱模拟奠定良好的理论基础。