基于导流板形状变化的双开缝曲面网板水动力性能研究

开展风洞试验研究导流板形状变化对双开缝曲面网板水动力性能的影响,以优化网板导流板结构,提高双开缝曲面网板的水动力性能。试验设计4种导流板形状的网板模型,分别为矩形、扇形、凸梯形和凹梯形,4块网板模型的基本结构参数相同,展弦比2.5,叶板的曲率12%,双层导流板的预设角度30°和25°,主面板角度12°,试验风速28 m·s~(-1),冲角(α)范围0°~70°,模型安装于塔式六分量机械-应变天平的立柱上,分别对网板所受到的阻力、升力和力矩进行测量。结果显示:在网板升力系数方面,4块网板模型的最大升力系数为Cy(凸梯形)Cy(矩形)Cy(扇形)Cy(凹梯形),具有凸梯形结构的网板模型的最大升力系数较高,为1.946(α=47.5°);在网板阻力系数方面,在冲角为30°时,Cx(扇形)Cx(矩形)Cx(凹梯形)Cx(凸梯形),具有凸梯形结构的网板模型阻力系数较低;4块网板模型的最大升阻比关系为Cy/Cx(凸梯形)Cy/Cx(矩形)Cy/Cx(扇形)Cy/Cx(凹梯形),具有凸梯形结构的网板模型最大升阻比较高,为7.486(α=30°);在稳性对比方面,扇形导流板结构网板模型稳性较好,Cm绝对值与Cp变异系数分别为0.061和5.43%。试验表明,具有凸梯形导流板的双开缝曲面网板可以产生较大的升力,且阻力较小,具有良好的工作效果;具有扇形导流板的双开缝曲面网板稳性较高。试验结果可为拖网网板的结构优化设计提供参考。     

南极磷虾拖网网板水动力性能分析

为提高南极磷虾单船拖网低拖速作业时的网具扩张性能,针对一种立式曲面中空式拖网网板,利用水槽模型试验测得不同迎流冲角状态下的升力系数(CL)、阻力系数(CD)和升阻比(K)。结果表明,CL和K值随冲角的增大呈先升后降趋势,CD随冲角的增大呈上升趋势;升力系数最大值CLmax=1.436(冲角α=30°),此时CD=0.649,K=2.213,升阻比最大值Kmax=4.671(α=10°),此时CL=0.981,CD=0.210;工作冲角范围为10°~30°时,南极磷虾拖网网板升力系数CL0.98且升阻比K2.21。比较不同类型网板的水动力性能,南极磷虾拖网网板具有阻力系数较低、升阻比较高的优点,可为进一步优化南极磷虾拖网网板性能提供参考依据。     

矩形V型曲面网板水动力性能的研究--Ⅰ导流板曲率与网板水动力性能的关系

本研究着重分析矩形V型曲面网板开缝口导流板曲率与网板水动力性能的关系.结果证明当网板的展弦比为0.68,缝口中心线距网板前缘的距离与网板翼弦长度之比为0.316,导流板曲率为9%时,网板具有较高的水动力性能.当冲角为35°时,其升力系数为1.31,阻力系数为0.75,升阻比为1.746.同时证明了导流板曲率对力矩系数和压力中心系数的影响均很小,在常用冲角范围内该网板具有较高的稳定性.     

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。     

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。     

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。     

矩形V型曲面网板水动力性能的研究--Ⅱ展弦比、缝口位置、缝口宽度对网板水动力性能的影响

本研究采用正交优选法着重分析矩形V型曲面网板的展弦比、缝口位置、缝口宽度3个因数对网板水动力性能的影响.研究表明,当矩形V型曲面网板导流板曲率为9%时,展弦比为0.8,缝口位置距网板前缘的距离为0.28 L,缝口宽度为80 mm配合的网板具有较高的水动力性能.当冲角30°时,升力系数为1.30,阻力系数为0.67,升阻比可达1.94.试验表明优选网板添加模拟海底后,网板的临界冲角由35°减小为30°.在工作冲角范围内,网板在底层作业时扩张性能要优于中层,并且具有良好的稳定性.     

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。     

展弦比和最大相对弯度对南极磷虾拖网网板水动力学性能的影响

为了研究展弦比和最大相对弯度对南极磷虾拖网网板水动力学性能的影响,通过水槽模型实验分析网板临界冲角(α0)、最大升力系数(CL_(max))、临界冲角时的升阻比(Kα0)和最大升阻比(K_(max))等主要水动力学性能参数的变化规律。结果表明:1)展弦比对CL_(max)、K_(max)和Kα0值的影响极显著(P0.01),对α0无显著影响(P0.05)。随着展弦比的增加,CL_(max)和K_(max)呈上升趋势,Kα0呈先升后降趋势,λ=2.0时Kα0值相对较高。随着展弦比的增加,α0分别呈下降(最大相对弯度为12%和14%)和上升(最大相对弯度为8%)趋势。最大相对弯度为10%时,α0在27.5°~30°间波动变化,趋势线基本保持水平。2)最大相对弯度对CL_(max)和K_(max)值的影响极显著(P0.01),对α0值的影响显著(0.01P0.05),对Kα0无显著影响(P0.05)。展弦比和最大相对弯度两者间交互项对Kα0影响极显著(P0.01),而对CL_(max)和K_(max)无显著影响(P0.05)。随着最大相对弯度的增加,CL_(max)和α0呈上升趋势,K_(max)呈下降趋势。综合考虑拖网网板的水动力学性能,实际应用中建议立式双弧面网板最大相对弯度设计为12%,展弦比设计为2.0,此时网板的主要水动力学性能参数均为前40%水平,具有最大升力系数和最大升阻比相对较高、阻力系数较低的优点。     

不同工作姿态下立式双曲面网板水动力及周围流场特性研究

网板是单拖网中实现网具扩张的重要属具,其稳定状态直接决定拖网网口扩张程度,进而影响渔获效率和经济效益。该研究以立式双曲面网板为研究对象,利用水槽模型试验和数值模拟(Computational fluid dynamics,CFD)探究立式双曲面网板在不同倾斜状态(内、外倾斜,前、后倾斜)和冲角下的水动力性能变化,并对网板周围流场和表面压力进行可视化。结果显示:1)模型试验和数值模拟的网板升力系数均在倾角为0°,冲角为25°时达到最大值,分别为1.69和1.88;而两者的阻力系数均随倾角增大逐渐减小。2)模型试验和数值模拟的升阻比均随倾角增大逐渐减小;当内倾角为5°时,两者的升阻比均达到最大,分别为3.27和3.69。3)压力中心系数Cpb随倾角变化基本保持不变;但当网板处于前倾状态时,Cpc随倾角增大而增加;而网板处于后倾状态时,Cpc随倾角增大逐渐减小。4)CFD结果显示,网板中心面后部旋涡随倾角增大逐渐减小;当网板处于内、外倾状态时,前端流速衰减区随倾角增大逐渐增加;但当网板处于前、后倾状态时,衰减区随倾角增大逐渐减小;网板处于前倾状态时,压力中心随倾角增大逐渐向网板上端翼弦移动,网板处于后倾状态时则出现相反结果。研究结果可为今后研究网板稳定性和合理使用及调整网板提供科学参考。     

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。     

六边形开口方形人工鱼礁水动力性能模型实验

为了研究六边形开口方形人工鱼礁阻力系数和侧向力系数与迎流角度、开口比之间的关系,利用水槽模型实验对4种开口比(γ_ty=0.06、0.14、0.25、0.39)的六边形开口方形人工鱼礁在4种迎流角度(θ=0°、15°、30°、45°)下的阻力和侧向力进行测定,并计算其阻力系数和侧向力系数。结果显示,六边形开口方形礁体模型阻力F_x(30°)>F_x(45°)>F_x (15°)>F_x(0°),侧向力F_y (30°)>F_y(15°)>F_y(45°)>F_y(0°);礁体模型阻力F_x(30°)是F_x(0°)的1.28～1.72倍,侧向力F_y (30°)是F (0°)的2.8～11.1倍。迎流角度对礁体模型的阻力以及侧向力可产生较大影响。4种开口比和4种迎流角度下,礁体模型阻力系数C_D...     

小展弦比立式曲面网板的水动力性能

为研究不同倾角和迎流冲角下小展弦比立式曲面网板的水动力性能,通过水槽模型实验计算网板的升力系数(C_L)、阻力系数(C_D)、浮力系数(C_Z)和升阻比(K)。结果显示:(1)C_L和K随冲角(α)的增加呈先升后降趋势,C_D随冲角的增加呈上升趋势;(2)无倾角情况下,冲角为30°时,升力系数最大值C_Lmax=1.699,此时C_D=1.140,K=1.490。冲角为15°时,升阻比最大值K_max=2.421,此时C_L=1.120,C_D=0.463;(3)横倾角(β)在-10°～10°变化时,C_Lmax=1.816(α=25°,β=-10°),K_max=3.405(α=10°,β=-10°)。横倾角为-5°和-10°时,网板具有一定浮力。冲角为10°～30°时,CZ平均值分别为0.16和0.25;(4)纵倾角(γ)在-10°～10°变化时,C_Lmax=1.823(α=25°或α=30°,γ=-10°),K_max=2.729(α=5°,γ=-5°)。纵倾角为-5°、-10°和5°时,网板具有一定浮力。冲角为10°～30°时,C_Z平均值分别为0.16、0.18和0.16。结果表明,该网板的最佳工作冲角范围为15°～30°,该冲角范围内网板C_L>1.1且K>1.45。     

立式曲面V型网板在拖网系统中的力学配合计算研究

为获知网板对拖网系统力学配合计算的影响,本文运用网板平衡方程结合钢索张力方程,建立拖网系统力学配合计算模型,并选取一款广泛使用的立式曲面V型网板及其相应的中层拖网,将网板水动力性能水槽实验数据,结合“龙腾”号的拖网及拖船实测数据带入力学模型,从翼端处的张力起始,逐步计算及分析手纲、网板、曳纲的受力情况,得到网板工作冲角、曳纲长度及张力、拖网翼端深度等拖网系统参数值。对网板各参数对拖网系统的影响进行了分析讨论,分析证明:冲角、曳纲长度和翼端深度随拖曳速度增加而减小;翼端深度及曳纲张力随曳纲连接点Z坐标的增加呈指数增长,随手纲连接点Z坐标增加呈线性减小;通过调节曳纲连接点Z坐标在0.1m-0.6m范围内,可控制工作冲角在17.77°-18.55°之间,翼端深度在124.3m-192.3m之间,曳纲张力在40210N-42219N之间变化;通过调节手纲连接点Z坐标在-0.4m--0.05m范围内,可控制工作冲角在16.54°-19.85°之间,翼端深度在75.9m-679.5m之间,曳纲张力在39533.5N-57933N之间变化;减少网板在水中质量,可减小拖船功率负荷,更适合在浅层作业;减小网板面积,可降低网板工作冲角,同时减小拖船功率负荷,更适合在稍深的水层作业。本文总结了网板参数的配合计算规律并建立了估算公式,为网板的合理使用和进一步开发提供参考依据。     

扩张帆布对大型中层拖网性能的影响

针对我国引进的大型中层拖网所使用的扩张帆布,通过拖网模型试验,设计了三种面积和三种不同冲角的扩张帆布调整试验,并比较了使用扩张帆布与使用塑料浮子对网具性能的影响。结果表明：网口拉紧长度1040m,网口网目为a=20m六角形网目的大型中层拖网,使用长度为100m手纲、长度为48m叉纲、重锤重量为320kg×2、下袖端间距68．4m时,在帆布面积调整试验中,当冲角前纲长度为17．2m,冲角后纲长度为17．6m,拖速为2．57m·s^-1条件下,使用5．0m^2的扩张帆布比4．0m^2网口高度可提高11．92％,网具阻力上升6．74％,能耗系数下降6．5％。在冲角调整试验中,使用5．0m^2的扩张帆布,当冲角后纲的长度固定为17．6m,冲角前纲的长度从17．2m缩短为16．4m时,网口高度下降26．36％,网具阻力下降11．22％,能耗系数上升24．1％。大型中层拖网使用扩张帆布比使用塑料浮子在不同的拖速下网口高度变化幅度小,在高拖速时,有网口高、能耗系数低的优势,但在拖速低于2．06m·s^-1时,网口垂直扩张和能耗系数没有优势。试验的长宽比为20的扩张帆布的升力系数Cy可达1．16左右。     

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。     

PA单丝网片水动力特性水槽试验研究

聚酰胺(PA)单丝网片具有较好的渔用材料性能,在渔具减阻降耗方面具有一定的开发利用潜力。通过水槽试验,设计研究了7种不同线面积系数(α=0.050～0.173) PA单丝双死结网片的水动力变化规律,并与PA复丝单死结网片、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复丝单死结网片,及PE绞捻网片的水动力特性进行对比分析。结果显示:PA单丝双死结网片垂直于水流时,阻力系数C_(D90)在1.043～1.411范围内与线面积系数成正相关关系;平行于水流时,阻力系数C_(D0)在0.223～0.359范围内与线面积系数成负相关关系,从而也证实了线面积系数对于网片阻力特性存在双重影响;当PA单丝双死结网片与水流方向呈倾斜角度时,阻力系数随冲角的增大而增大,而升力系数C_(Lθ)先增大后减小,在50°时达到最大值。对比3种不同材料网片的水槽试验,当网片垂直于水流时,PA单丝双死结网片的阻力系数比PA复丝单死结网片小9.8%,比UHMWPE复丝单死结网片大17.3%,比PE绞捻网片小14.7%;当网片平行于水流时,PA单丝双死结网片的阻力系数比PA复丝单死结网片大16.6%,比UHMWPE复丝单死结网片大35.3%,比PE绞捻网片小21.2%。从而说明在相同条件下,应用PA单丝网片可以降低水流阻力,为PA单丝网具的设计、制作与应用提供了理论依据。