水流作用下重力式网箱浮架结构的动力响应研究

近年来深水网箱养殖设施得到了广泛的应用,浮架作为网箱结构的重要组成部分,其安全性对网箱的设计至关重要。基于有限单元法采用SHELL单元建立了浮架结构的荷载-变形数值模型,对水流作用下浮架的应力和变形进行了数值模拟,并开展物理模型试验对该数值模型进行验证。结果表明,该数值模型可以准确模拟浮架的变形,采用该数值模型,分析了不同流速条件下浮架的变形和应力,数值模拟结果显示:随着流速的增加,浮架的变形和应力逐渐增加。相同流速条件下,注水下潜后,浮架的应力和变形能够显著减小;因此,在强流条件下,可以采用浮架注水的方式,使浮架处于下潜状态,以改善浮架结构的变形和应力分布。     

波流入射方向对网格式锚碇网箱水动力特性的影响

运用集中质量方法和刚体运动学原理,建立了单体网格式网箱在波流联合作用下浮架、网衣和锚碇系统受力和运动的数学模型.利用物理模型试验对本数学模型的正确性进行了验证.在此基础上计算了2种波流作用方向、各工况下单体网格式网箱3类锚绳(锚碇锚绳、连接锚绳、网格锚绳)受力、浮架运动及网衣变形的结果,并分析了波流作用方向对网格式锚碇网箱水动力特性的影响.结果表明,当波流作用方向由正向变为斜向(45°)时,锚碇锚绳与连接锚绳受力有较大程度的增加,网格锚绳受力有较小程度的增加;浮架水平方向、竖直方向运动幅度有一定程度减小,浮架倾角及网衣变形变化不明显.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

高密度聚乙烯圆形网箱锚绳受力实测研究

选择广东省湛江市深水网箱养殖基地作为实测地点.通过实测试验测量深水网箱在实际海流条件下的锚绳受力状况,给出了单个网箱和组合网箱分别在3种不同网衣方案情况下的锚绳受力结果,旨在为深水网箱的设计及其锚泊系统的优化提供重要参考数据.结果表明,锚绳力随流速的增大而增大,锚绳受力与流速具有一定的正比关系;在3种不同网衣方案条件下,小网目网衣方案(网目40 mm)的锚绳受力最大,单个网箱的锚绳力峰值和锚绳合力分别为3.73 kN和5.01 kN,组合网箱的锚绳力峰值和锚绳合力分别为5.67 kN和20.83 kN;单纯浮架受力在整体网箱的受力中所占比重较小.结论认为,鉴于实际海况下网箱同侧各道锚绳的受力差异较大,在评价锚绳的安全性能时,应取各道锚绳受力峰值中的最大值作为单锚绳的允许受力值.     

网箱水动力试验中锚绳系统模型设计

网箱模型试验是研究网箱水动力学特性的重要方法之一,模型制作是试验的首要内容。从力学相似的基本原理出发,在理论上分析了锚绳模型设计时需考虑的因素,得出锚绳的弹性相似是锚绳模型设计的关键。从锚绳材质出发,研究聚丙烯(PP)绳的拉力—变形资料,采用最小二乘法,推出模型网箱中锚绳张力与伸长率之间的关系式,即ΔS/S=7.13T1 m/1.132。根据此关系式,采用特定规格的乳胶圈,经不同组合模式,模拟出锚绳弹性。通过相关性分析和试验结果的验证,证明此方法具有可行性,为以后开展网箱水动力试验解决锚绳模拟问题提供参考。     

水流作用下筏式养殖设施动力响应的数值模拟

利用有限单元法建立了水流作用下筏式养殖设施动力响应的数学计算模型,通过数值求解对浮标和吊笼结构的最大位移以及锚绳受力进行分析。计算机模拟结果表明,筏绳在水流作用下产生明显的变形,其形态变化与实际基本相符。当流向一定时,浮标和吊笼的最大位移值以及左右两侧的锚绳受力均随流速的增加而增大。其中,浮标最大位移值7.6m,吊笼最大位移值9.6m。当流速一定时,浮标和吊笼的最大位移值与右侧锚绳受力随着来流角度的增加而增大。左侧锚绳力受来流方向变化影响不明显,其最大值为3 780N。     

近海浮绳式网箱养殖军曹鱼技术

近海浮绳式网箱养鱼，就是指在港湾外的近海设置浮绳式的网箱，选择优质鱼类，进行高密度、集约化的养殖。近海浮绳式网箱系统是由主缆绳、副缆绳与拖网浮子连接的框架及网片、吊脚绳与沉架等缝制而成，然后采用铁锚和锚绳将其固定在近海养殖海区进行养殖生产。１ 军曹鱼的经济价值及生活习性 军曹鱼，属鲈形目，军曹鱼科，军曹鱼属，海南省地方俗称“海甘楚”。军曹鱼特点为个体大、生长快、抗病力强、产量高、肉厚质细、味嫩滑鲜美、且无细刺骨、营养价值高、经济效益佳，是目前海水网箱养殖鱼类中的优良新种之一。军曹鱼为肉食性鱼类，性…     

波浪作用下箱网式浮鱼礁水动力特性研究

人工鱼礁可分为沉鱼礁和浮鱼礁,人工鱼礁投放是海洋牧场建设的重要工程基础。浮鱼礁主要用于诱集和保护中上层鱼类,投放受底质条件限制较小,尤其在淤泥底质的海域具有良好的适应性。浮鱼礁主体结构处于中上层位置,受波浪等动力环境影响较大,鱼礁的结构安全性和稳定性是设计和投放中需要重点关注的问题。本研究集合鱼礁集鱼、护鱼和养殖的功能,提出了一种多功能箱网式浮鱼礁结构设计,并建立了水动力数值模型,分析探讨了波高和入水深度对两种锚定形式(单锚绳和多锚绳)的浮鱼礁安全性和稳定性的影响。研究结果表明,相同条件下,单根锚绳固定形式下的锚绳受力总体约为四根锚绳固定时的锚绳受力总和,但网衣网线受力较四根锚绳固定时小。波高对单根锚绳固定的浮鱼礁最大偏转角度影响较大,但四根锚绳固定时,可以显著地降低浮鱼礁最大偏转角度,有效地提高浮鱼礁的稳定性,而且波高越大,效果越明显。波高不变的情况下,随着入水深度的增加,浮鱼礁水平最大偏移迅速减小。当浮鱼礁入水深度为波高的2倍以上时,两种固定方式下的浮鱼礁运动差别可以忽略。     

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。     

浮绳式围网水动力特性研究

离岸围网设施通常布置在开阔水域,受波流作用影响显著。为确保围网结构的安全,需对其水动力特性开展研究。为此,以一种浮绳式围网为研究对象,通过拖曳水池试验对围网整体阻力性能进行分析。根据有限单元法建立波浪作用下围网结构受力的数学模型,通过计算机数值模拟对围网浮子的最大位移与网衣张力进行研究。结果显示:随着流速的增大,围网整体阻力逐渐增加,阻力与流速呈幂函数关系,阻力最大值为196 k N。当浮绳式围网在波浪作用下,上纲中迎浪面中点处浮子的位移最大,位移值为80 mm,网片与锚绳连接点及下纲四角连接处的网线张力较大。建议适当增加迎流面网衣所配备的浮力,以使围网在较高流速时保持形状。此外,在实物网衣的制作中,锚绳与下纲四角连接处的网衣应做加固处理。     

HDPE圆柱形网箱与圆台形网箱受力变形特性的比较

介绍了一种用于模拟水流作用下网箱受力变形的数值计算模型,并利用海上实测数据对计算模型进行了验证。验证结果表明,网箱锚绳力的计算结果与实测数据十分接近,最大相对误差为7.0%。在此基础上,分别对圆柱形网箱和圆台形网箱在不同配重(GW₁=350 kg、GW₂=600 kg)和流速(U=0.3～0.9 m/s)条件下所受的水流力以及容积损失率进行了数值计算。结果表明,两种网箱无论在所受的水流力方面还是在变形后保持的网箱容积方面随流速和配重的变化趋势基本一致。圆柱形网箱的容积损失率远大于圆台形网箱的容积损失率,在较小流速(U=0.3 m/s)研究时,圆柱形网箱的容积损失率达到了28%左右,具有较明显的初始变形。圆台形网箱的初始变形很小,具有较好的耐流特性和抗变形能力。     

方形结构网箱单箱体型锚泊系统的优化研究

以方形结构网箱的单箱体型锚泊系统为研究对象,通过力学分析和程序计算得出锚绳张力以及不同来流角度下的阻力系数之和(SRC)两项安全性能指标。结果表明,在理论的最危险受力情况下,单锚绳系统中锚绳张力的最大值为网箱阻力R,在双锚绳系统中则小于R。当双锚绳系统的锚绳安装角度β设置在最佳值22.5°时,SRC获得最小值34.65,该值相比β=1°时的SRC(39.59)下降了约12.5%,相比单锚绳系统的SRC(41.36)则降低了16.2%。     

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...     

圆柱形网箱锚绳受力特性的数值模拟

根据动力学原理,研究在水流作用下圆柱形网箱锚绳的受力特性,导出锚绳形状和张力的一阶微分方程组,并利用四阶Runge-Kutta计算法,结合Matlab工具,对圆柱形网箱的系泊锚绳,在水流速度、水流冲角、水深和锚绳长度等参数下的空间位置及张力变化进行数值求解和仿真模拟。模拟结果显示,在给定的初始条件下,锚绳长度对锚绳的空间位置影响最显著,水流冲角对锚绳张力的影响最大,水深对形状和张力的影响最不明显;锚绳张力随长度的增加而减小,随水流冲角、流速的增加而增加。     

框架式浮鱼礁波浪水动力特性数值模拟研究

中国海洋牧场建设以投放人工鱼礁为主,人工鱼礁分为沉式鱼礁和浮鱼礁,而浮鱼礁能够较好地适应淤泥质近海养殖。以框架式浮鱼礁为研究对象,采用有限单元法和集中质量点法建立波浪作用下的水动力数值模型,模拟浮鱼礁在海水中实际运动情况。对比分析了不同波高(1.5、2、2.5和3 m)、水深(8、9、10、11和12 m)条件下的框架浮体运动轨迹、最大偏转角度以及锚绳受力特性,研究分析了浮鱼礁设计与实际应用时,目标海域潮位变化和波浪要素共同作用的影响。结果显示:框架浮体水平方向偏移、偏转角度、锚绳最大拉力均随波高增大而增大,近似于线性变化,且均随水深增大而减小,存在浮鱼礁不受波浪影响的临界水深,此时浮鱼礁上端至水面的距离与水深的比值约为0.5,当超过0.5时,水深变化对浮鱼礁水平位移、偏转角度和锚绳受力几乎没有影响。研究结果可为新型人工浮鱼礁的设计与投放提供参考。