深水抗风浪网箱水动力学特性研究

深水网箱抗风浪能力和耐流特性是深水网箱养殖首要解决的主要问题,也是网箱设计的核心技术问题.深水抗风浪网箱系统水动力特性研究相当关键.文中对深水抗风浪网箱水动力特性研究中物理模型试验和数值模拟方法,包括网衣模型相似准则、网箱整体模型试验、运动特性分析技术、网箱整体模型试验,以及网衣模拟、浮架模拟、整体网箱模拟、网衣周围流...     

水流作用下一种养殖金属网衣水阻力特性的数值模拟研究

为保障深远海金属网箱养殖系统的结构安全,进行网箱结构的水动力学研究是一项重要的工作。构成金属网箱主要组成部分的金属网衣是一种小直径多孔的网状结构,在波浪和水流作用下的水动力学特性与一般的海洋工程结构物有显著不同。本文基于有限元基本原理,采用梁单元模拟金属网线结构,采用连接单元模拟网线接触部位的相互作用,并运用ABAQUS软件进行数值计算,在试验验证的基础上,分析了在水流作用下一种金属菱形链网衣在不同网目尺寸、不同网线直径情况下的水阻力变化情况。数值模拟结果表明在各种工况下,当网目尺寸由25 mm增加到35 mm、45 mm时,网衣受力增加幅度的平均值分别为14.71%和38.07%;当网线直径由2.5 mm增加到3.2 mm、4.0 mm时,各工况下网衣受力增加幅度的平均值分别为25.05%和45.06%。研究结果可以为进一步开展深海养殖金属网箱水动力特性研究提供积极的基础。     

海洋养殖柔性网衣结构水动力特性研究进展

发展深水网箱养殖是保障我国粮食及食品安全的长远战略,也是缓解近海网箱养殖环境胁迫力、拓展食物生产空间的必然选择。发展深水网箱养殖首先需要面对的突出挑战是养殖设施在外海恶劣海况下的安全性问题。网衣是深水网箱的主体结构,由于其自身具有高柔性、小尺度的特点,在波浪和水流作用下易出现大位移和大变形的极端响应。当前,网衣结构分析技术已成为我国深水网箱养殖工程技术的薄弱环节,一定程度上制约当前海上养殖网箱向大型化和深水化发展。因此,网衣水动力特性研究对于深远海网箱养殖的发展具有重要意义。本研究系统介绍了计算网衣水动力荷载的主要方法及其适用范围。同时,对网衣动态响应数值计算中的主流建模技术进行了总结和分析。最后,根据目前网衣水动力特性研究中存在的热点问题,提出了网衣流固耦合分析、生物污损分析、数字孪生技术等前沿发展方向,为网衣水动力学分析向数字化、精准化发展提供参考。     

网衣波浪水动力特性的数值模拟初步研究

为研究网衣与波浪相互作用机理,以粘性不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,通过VOF方法追踪波面,采用推板造波的方式建立了数值波浪水槽。数值模拟过程中利用多孔介质模型模拟网衣,根据网衣受力的经验公式利用最小二乘法拟合得到相应的多孔介质模型参数。利用该数学模型研究了平面网衣对波浪形态影响及网衣受力情况,并与物理模型试验结果相比较。结果表明,计算获得的网衣受力和波浪透射系数与试验结果相一致,证明了该数值模型研究网衣波浪水动力特性的适用性。     

海洋养殖网衣水动力特性研究进展

海洋养殖中,网衣承受由水流和波浪带来的荷载,可能会使网衣发生破坏。因此,网衣水动力特性是海洋养殖装备系统中备受关注的问题。梳理了国内外关于海洋养殖网衣水动力特性方面的研究成果,介绍了国内外关于网衣水动力性能的主要理论、数学模型、物理实验研究以及相关的实际应用案例和发展趋势,并对该领域尚需进一步研究的方向提出了相应的建议。研究认为,大型围网养殖和深远海超大型养殖网箱是未来发展趋势,一方面要开展高性价比多种材料网衣组合形式研究,另一方面建议开展不规则波浪以及台风等极端环境对海洋养殖网衣破坏机理的研究。该文可以为海洋养殖网衣的深入研究和产业持续健康发展等提供参考。     

组合钢架式网箱水动力性能分析

为扩大钢架式网箱的养殖空间,提出了一种在钢架式网箱基础上铰接外网箱的组合钢架式网箱。利用海洋工程水动力软件OrcaFlex对其进行水动力性能分析。对比分析在纯流、纯波浪及波流联合工况下,组合钢架式网箱和铰接前钢架式网箱的浮架与网衣连接点的有效张力,网箱容积剩余率和锚绳力,以及组合钢架式网箱的铰链系统运动响应。结果显示：相较于钢架式网箱,组合钢架式网箱的浮架与网衣连接点受力和锚绳力都有所增大;铰接外网箱能够扩大养殖空间并且不会影响内网箱的容积剩余率。通过在钢架式网箱基础上铰接外网箱能够达到扩大养殖空间的目的。研究结果可为在实际中应用铰接外网箱来扩大养殖空间提供参考。     

水流作用网衣过程的数值模拟

网衣是深水网箱的主要组成部分,也是整个网箱系统中受力最为复杂的部件之一。文章介绍了水动力作用下一种基于集中质量法的网衣数学模型,并引用前人的试验结果对数学模型进行了验证。在此基础上,利用此数学模型在不同配重（CW1=400kg和CW2=800kg）和流速（U=0．3—0．6m·s^-1）条件下分别对网衣所受的水流力、网衣形状和网衣运动位移三者随时间的变化过程进行了数值模拟,给出了网衣达到稳定状态前、后网衣受力变形的计算结果,揭示了网衣在水流作用过程中的动态变化规律,并进一步分析了配重及流速大小对网衣受力、变形及运动特性的影响。     

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。     

基于SIMA的重力式网箱阻力性能计算

近年来，深远海渔业养殖装备已引起国内外相关领域的广泛关注，其中网衣系统是渔业平台的重要组成部分。网衣属于小尺度柔性构件，在水动力作用下会产生变形，其阻力性能预报归于水弹性问题的范畴。目前，出现了1种较先进的基于非线性有限元的网衣水动力计算方法，该方法将势流理论与有限元方法相结合，用于求解网衣受力和变形。文章采用该方法计算一型重力式网箱的阻力性能，并将计算结果与试验数据进行比较，结果表明，采用该方法可以较好地预报网衣阻力性能，从而为开展大型深远海渔业平台网衣系统的阻力计算夯实基础。     

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.     

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。     

深海抗风浪网箱养殖设施与装备技术的研究进展

本文根据国家“十五”863计划项目“深海抗风浪网箱的研制”项目实行,结合国际上网箱先进技术的发展,集成现代新材料、渔业工程、海洋化工、机电与自动控制等多项新技术和新工艺,在抗风浪网箱的材料选择、制作与安装工艺、海上锚泊敷设、网衣防污处理、升降控制技术、养殖配套设施以及网箱水动力特性与数值模拟技术方面开展了系统的研究,成功研制出适于开阔海区使用的深海抗风浪网箱养殖设施与装备,发展了离岸工程化生态养殖这一海水养殖新模式。     

波浪作用下可升降式筏式养殖设施水动力特性数值模拟研究

在极端海况下,可升降式筏式养殖设施能够通过下潜来躲避风浪,降低波浪力作用,减免损失。为研究波浪作用下可升降式筏式养殖设施的水动力特性,采用集中质量法建立了筏式养殖设施漂浮及下潜时的数学模型,采用龙格库塔法对其进行求解,并将数值模拟结果与物理模型试验结果进行比较,二者吻合程度较好且变化趋势相同,表明数值模拟的方法能够较好地模拟可升降式筏式养殖设施的水动力特性。在此基础上,用数值模拟法进一步研究波高和周期变化对浮筏运动特性的影响,以及下潜对浮筏运动和锚绳力的影响。模拟结果显示,不同波高和周期变化对浮筏运动特性产生不同程度的影响,同时浮筏下潜后的运动幅度和锚绳力幅值明显减小。     

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。     

浮式防波堤与网箱组合结构的动力特性

兼具网箱养殖功能的浮式防波堤结构,为深水浮式防波堤和深海网箱养殖提出了一条新的研究思路,不仅解决了海洋工程与海水养殖争地的矛盾,基于防波堤开展养殖的模式更较大降低海水养殖的成本。通过对浮式防波堤兼做网箱的结构进行物理模型试验,得到该结构在不规则波作用下,不同吃水深度、网箱深度以及周期对其水动力特性的影响,结果表明,在短周期波浪作用下,网箱深度为0.1～0.15 m时结构的水动力特性最好。该结构具有良好的工程应用前景。     

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。     

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。     

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。     

基于水动力性能的网箱网衣网目群化数值模拟方法研究

网衣是网箱的重要组成部分.为解决对网衣的运动变形以及受力进行数值研究存在的问题,基于Morison方程和集中质量法,提出了网目群化改进方法.改进方法保持了网目群化前后网衣的体积和质量不变,并通过调整水动力系数达到改进后的网衣所受水动力与未群化前相同.通过对圆形网衣进行数值模拟,并与相关研究进行对比,分析了圆形网衣的容积...     

我国离岸深水网箱结构工艺的基础性研究现状

深水网箱养殖作为一种新兴的集约化养殖模式近年来在世界各国发展迅速,并向大型、多功能、自动化方向发展。我国开展深水抗风浪网箱方面的研究起步较晚,本文根据国内对抗风浪网箱的框架系统、网衣系统、固泊系统、配重系统及水动力性能的研究进行了归纳,以期为深水网箱的进一步研究提供依据和参考,并指出了今后研究的重点。