框架型与沉箱型人工鱼礁绕流特性的数值模拟

为对框架型(正六面柱形罩式边长为2 m、高4 m)和沉箱型(方形空心开口式3 m×3 m)人工鱼礁模型绕流特性进行分析,采用Computational Fluid Dynamics(CFD)方法研究了礁体周围的流线分布变化及上升流和背涡流的流态变化情况。结果表明:在礁体内部,框架型礁体的涡旋在底部出现,沉箱型礁体的涡旋在底部及中部出现,且沉箱型礁体涡旋范围大于框架型礁体;框架型背涡区压强空间分布较为均匀,而沉箱型外侧左右两端有0.5倍礁宽的压强变化,背涡区压强空间分布不均匀;沉箱型礁体在0.5～1.0倍高度上升流区域流速增大。研究表明,相同工况下综合比较框架型产生的流场效应更优,能更好地发挥鱼礁的集鱼效果。     

框架型与沉箱型人工鱼礁绕流特性的数值模拟

为对框架型(正六面柱形罩式边长为2 m、高4 m)和沉箱型(方形空心开口式3 m×3 m)人工鱼礁模型绕流特性进行分析,采用Computational Fluid Dynamics(CFD)方法研究了礁体周围的流线分布变化及上升流和背涡流的流态变化情况。结果表明:在礁体内部,框架型礁体的涡旋在底部出现,沉箱型礁体的涡旋在底部及中部出现,且沉箱型礁体涡旋范围大于框架型礁体;框架型背涡区压强空间分布较为均匀,而沉箱型外侧左右两端有0.5倍礁宽的压强变化,背涡区压强空间分布不均匀;沉箱型礁体在0.5～1.0倍高度上升流区域流速增大。研究表明,相同工况下综合比较框架型产生的流场效应更优,能更好地发挥鱼礁的集鱼效果。     

镂空型人工鱼礁流场效应的数值模拟研究

应用CFD软件对中空结构梯形台鱼礁和方型鱼礁在非定常流作用下的三维流场进行了数值模拟,揭示了两类鱼礁形成的上升流、背涡流的规模和强度,分析了单体鱼礁和组合鱼礁的流场差异。数值模拟结果表明:梯形台鱼礁上升流区最大速度约为来流速度的0.58~0.67倍、上升流区平均速度约为来流速度的0.15~0.19倍、而上升流区的最大高度为礁体高度的2.12~2.49倍,背涡流区平均速度约为来流速度的0.35~0.36倍、背涡流区的最大宽度约为礁体宽度的1.40~1.61倍、组合鱼礁背涡流区的最大长度约为礁体高度的4.06~4.17倍;方型鱼礁上升流区最大速度约为来流速度的0.56~0.61倍、上升流区平均速度约为来流速度的0.15~0.17倍、而上升流区的最大高度为礁体高度的2.22~2.63倍,背涡流区平均速度约为来流速度的0.30~0.35倍、背涡流区的最大宽度约为礁体宽度的1.75~2.00倍、组合鱼礁背涡流区的最大长度约为礁体高度的3.90~4.06倍。从流场调控效果来看,在相同模拟工况下,选择方型鱼礁比梯形台鱼礁能够更好地发挥鱼礁的环境资源修复功能。     

双层十字翼型人工鱼礁流场效应的数值模拟

本文基于Ansys Fluent平台,采用湍流模型中的大涡模拟方法（large eddy simulation, LES）对双层十字翼型人工鱼礁四种子礁的流场效应进行了数值模拟,采用比混凝土体积法分析其背涡流体积、上升流体积、向上水体输运通量等流场效应数据,得到双层十字翼型鱼礁的最优礁体构造,以期为人工鱼礁的设计和选型提供科学依据。结果表明：双层十字翼型鱼礁加顶板对流场效应并无增益,上升流和背涡流相对体积变小;侧板结构对礁体的上升流和背涡流效应有明显的增益,上升流和背涡流相对体积逐渐变大,全侧板D型礁体的上升流和背涡流效应最强,上升流相对体积可达无侧板B型礁体的13.50~25.48倍,背涡流相对体积达1.40~1.61倍;向上水体输运通量约在一倍礁高处达到最大值,约在两倍礁高处降为最大值的1/2左右。迎流角度的改变,对D型礁体流场效应的影响无显著差异,表明本型礁体对自然海域的潮流流向有很好的适应性。     

沉降对多孔方型人工鱼礁流场效应影响的数值模拟

礁体沉降作为人工鱼礁投放后普遍产生的现象,对人工鱼礁周围流场会产生影响。为研究多孔方型人工鱼礁不同沉降情况下流场效应的变化,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,利用Fluent软件模拟在固定来流流速为0.8 m/s时,5种不同沉降程度下单体鱼礁周围的流场情况。结果显示:与无沉降时(初始状态)相比,在沉降程度为20%时,上升流最大高度降低约1.0 m,最大上升流流速增大约0.015 m/s,侧向流速增大区域(大于来流速度)扩大至1.5倍左右,同时礁体背流面透水区域增大,背涡流区域沿水流方向移动约2 m,礁体周围流场情况一定程度上变得更加复杂;在沉降程度为40%时,上升流流速最大值与初始状态相比减少约为0.010 m/s,侧向流增大区域基本一致,此时礁体背流面透水区变化较大,有形成一个逆时针涡旋的趋势;当沉降程度达到60%时,礁体周围流场效应开始明显下降,上升流最大高度相较于初始状态降低约3.2 m,上升流最大流速降低约0.600 m/s,侧向流速增大区域与壁面间距缩短约0.4 m,背涡流区域有消失的迹象;在沉降程度达到80%时,礁体流场效应基本丧失。研究表明,对于多孔方型人工鱼礁,在沉降程度40%以内,人工鱼礁仍然能够发挥着较好的流场效应;礁体在沉降程度达到60%时,礁体周围流场复杂程度相较于初始状态有明显损失,之后随着沉降深度增加,礁体流场效应逐渐消失。     

开口比变化对人工鱼礁流场效应影响的评价

针对人工鱼礁周围复杂的流场效应进行的研究已经较为成熟,然而对于不同开口比的人工鱼礁对流场效应影响的系统评价并未提出。针对一组不同开口比的人工鱼礁进行数值模拟,提出关于人工鱼礁流场效应影响的评价体系,并对不同开口比的人工鱼礁的流场效应进行全面评价。评价结果认为开口单体人工鱼礁优于不开口的实心鱼礁,但开口不应过大,在单孔鱼礁情形下,开口比为0.04时流场效应最优。     

方形人工鱼礁单体流场效应的PIV试验研究

采用粒子图像测速(PIV)二维流场测速技术和水槽模拟试验研究了人工鱼礁的流场效应,对单体开口比分别为0、0.04、0.16、0.25的人工鱼礁在来流流速分别为67、112、180 mm/s时产生的流场效应进行分析。结果表明:单体人工鱼礁流场效应中,开口比和来流流速均对流场效应产生影响,开口比越小,来流流速越大,流场中的上升流流速和背涡流面积就越大。研究表明,影响流场效应的主要因素是开口比,来流流速的影响程度次之。     

方形人工鱼礁单体流场效应的PIV试验研究

采用粒子图像测速（PIV）二维流场测速技术和水槽模拟试验研究了人工鱼礁的流场效应,对单体开口比分别为0、0.04、0.16、0.25的人工鱼礁在来流流速分别为67、112、180 mm/s时产生的流场效应进行分析.结果表明：单体人工鱼礁流场效应中,开口比和来流流速均对流场效应产生影响,开口比越小,来流流速越大,流场中的上升流流速和背涡流面积就越大.研究表明,影响流场效应的主要因素是开口比,来流流速的影响程度次之.     

人工鱼礁开口比和迎流面形状对流场效应影响的双因素方差分析

采用基于计算流体动力学模型的方法对人工鱼礁流场效应进行数值模拟,选取单体人工鱼礁模拟近岸海域的鱼礁流场,对其附近流场进行三维数值模拟,在此基础上应用双因素方差分析法分析了人工鱼礁开口比和迎流面形状对流场效应的影响。结果表明:人工鱼礁开口比是鱼礁流场效应的主要影响因素,开口比越小,水流受鱼礁阻隔程度越大,礁前上升流流速越大,背涡流紊流区域越明显,背涡流区域就越长;鱼礁迎流面形状对流场效应的影响次之。     

人工鱼礁开口比和迎流面形状对流场效应影响的双因素方差分析

采用基于计算流体动力学模型的方法对人工鱼礁流场效应进行数值模拟,选取单体人工鱼礁模拟近岸海域的鱼礁流场,对其附近流场进行三维数值模拟,在此基础上应用双因素方差分析法分析了人工鱼礁开口比和迎流面形状对流场效应的影响。结果表明：人工鱼礁开口比是鱼礁流场效应的主要影响因素,开口比越小,水流受鱼礁阻隔程度越大,礁前上升流流速越大,背涡流紊流区域越明显,背涡流区域就越长;鱼礁迎流面形状对流场效应的影响次之。     

铅直二维定常流中人工鱼礁流场效应的数值实验

以定常来流海域为例,利用数值实验方法,定量探讨了具有自由水面的海域中人工鱼礁单体对流场的影响。考虑嵊泗鱼礁投放区的流速、水深的调查结果,来流速度Uin、水深H分别取为0.7 m/s、20 m。在鱼礁为实心方体的情况下,在渔礁迎流面产生上升流背流面产生涡流;上升流域的规模、强度随着礁高增大而增大,而上升流面积的平均产量与边际产量随礁高先增后减,在礁高水深比r=0.1时上升流效应最佳;背涡流域的规模也随着礁高增大而增大,其面积的平均产量随礁高先增后减,在r=0.1时达到极值。     

方形人工鱼礁通透性及其对礁体周围流场影响的数值实验

基于考虑不同形状大小、组合规模的人工鱼礁投放于不同水域环境后形成的流态变化有较大差异,设计x、y、z三个方向不同通透方式的单个正方体人工鱼礁,采用LES(大涡模拟)紊流模式,对定常来流速度下人工鱼礁单体附近流场进行三维数值模拟,建立反映礁体结构的通透系数与礁体产生流场变化的关系。结果显示:上升流和背涡流的规模随通透系数增加而减小;来流方向上,礁体迎流面、背流面的通透系数变化对上升流和背涡流规模影响较为显著,而内部结构的变化则作用不明显,礁体上方与侧方的开口对上升流和背涡流的影响也不显著。迎流面通透系数变化是背涡流规模影响的主要因素。方形单礁缓流区体积随通透系数Tin增大呈线性减小,关系为V_x=-1241.8T_in+1206。通过该研究可在数值计算中通过通透系数与流场变化的关系,实现将复杂礁体简单化,有效地提高计算效率;为将小范围模拟扩大到群礁、甚至大海域的模拟,定量评估人工鱼礁的生态效应打下基础。     

铅直二维定常流中人工鱼礁流场效应的数值实验

以定常来流海域为例,利用数值实验方法,定量探讨了具有自由水面的海域中人工鱼礁单体对流场的影响。考虑嵊泗鱼礁投放区的流速、水深的调查结果,来流速度Uin、水深H分别取为0.7 m/s、20 m。在鱼礁为实心方体的情况下,在渔礁迎流面产生上升流背流面产生涡流;上升流域的规模、强度随着礁高增大而增大,而上升流面积的平均产量与边际产量随礁高先增后减,在礁高水深比r=0.1时上升流效应最佳;背涡流域的规模也随着礁高增大而增大,其面积的平均产量随礁高先增后减,在r=0.1时达到极值。     

人工鱼礁的受力分析与设计要点

目前我国使用较多的人工鱼礁是钢筋水泥制品鱼礁．其尺寸的确定一般是采用经验数据。为了安全可靠和取得最大经济效益．对其应进行定量设计计算．设计海底人工鱼礁必须满足的条件是——具有一定的强度．不破坏；必须保持稳定．不产生滑动．不翻倒．不被冲掘和埋没．强度设计时．首先计算鱼礁着地时所受的冲击力．进行受力分析．再按强度条件计算。稳定性设计时．首先计算作用在鱼礁上的流体力．再提出不产生滑动．翻倒的条件和计算公式。对冲掘埋没问题进行探讨。以实例说明经过设计计算后．尺寸结构的合理性。     

Venlo型温室夏季自然通风降温的CFD数值模拟

采用CFD(computational fluid dynamics)方法对Venlo型温室夏季采用室外遮阳和屋顶喷淋措施的自然通风降温过程进行了数值模拟。模拟时对整个计算域采用六面体网格进行划分。对温室天窗附近区域的网格进行了加密处理，生成的网格总数约为100个。温室CFD数值模拟以室内外空气作为研究对象，外界气象条件、温室围护结构、室外遮阳与屋顶喷淋、室内植物和土壤等作为数值模拟的边界条件进行处理。对Venlo型温室在室外遮阳和屋顶喷淋措施下室内空气温度的变化以及在整个温室空间的分布进行了数值模拟。同时进行了venlo型温室室内温度的现场试验测试。CFD模拟结果和试验测试结果均表明：室外遮阳和屋顶喷淋使温室内空气温度得到有效降低。CFD模拟得到的Veto型温室室内温度平均值与试验测试结果的平均差值为1．7℃，平均偏差为试验测试结果的5％；数值模拟得到的温室室内温度的空间分布变化趋势也与试验测试结果一致。     

人工鱼礁的环境功能与集鱼效果

人工鱼礁是用于改善海域生态环境，建设渔场和增养殖场的人工设施。人工鱼礁投放到海中后，使周围海域的流、光、音、底质等非生物环境发生变化，这种变化又引起生物环境的变化，使水生生物量增大，从而形成良好的渔场或增养殖场，焦鱼效果也非常明显。本文作者综述了人工鱼礁的环境功能和焦鱼效果，并分析了今后人工鱼礁研究的发展趋势，特别是人工鱼礁在海洋生态环境改造方面的应用前景。     

人工鱼礁的发展现状及环境功能

阐述了国内外人工鱼礁的发展概况,论述其环境功能,包括人工鱼礁在改善海洋生态环境、维护水产安全等方面的特殊功能,以为人工鱼礁的长远发展提供参考。     

人工鱼礁对渔业资源增殖的影响

分析了建设人工鱼礁对渔业资源增殖的影响,并以广东省汕头市人工礁区渔业资源调查情况为例,分析建礁前后人工鱼礁区渔业资源变动情况.结果表明,投礁后礁区海域游泳生物的资源密度明显比投礁前高,增加了25.63倍;礁区海域各类资源种类均比投礁前丰富,总种数由投礁前的23种增加至41种,比投礁前增加了0.78倍;表明人工鱼礁投放后,鱼礁区集鱼效果明显提高、群落结构明显改善,人工鱼礁建设取得了明显的增殖效果.并对我国工人鱼礁事业的发展提出建议.     

弯道取水口表层水流速度场数值模拟

弯道取水口附近水域水流结构十分复杂,为研究其水力学特性,依据物理模型试验,分析弯道及取水口附近表层速度场分布,采用标准模型对其进行二维数值模拟。综合分析可知,取水口处流速变化剧烈,应特别注意工程维护;取水口下游流速明显降低,应采取适当措施防止泥沙淤积。     

人工防雹催化效果的数值模拟

[目的]数值模拟人工防雹催化效果。[方法]在对内蒙古中部地区(以呼和浩特地区为代表)10年雷达探测资料、降雹资料以及人工防雹作业资料分析的基础上,利用三维积云催化模式,对冰雹云或雷雨云进行分时段催化数值模拟试验、不同催化部位数值模拟试验以及不同催化剂量数值模拟试验,根据数值模拟结果,经过分析并考虑实际人工防雹作业状况,得出适宜而有效的催化作业时间、作业部位以及作业催化量(AgI)。[结果]有效作业时间宜早不宜迟,提前20 min左右作业,效果比较好;催化作业部位应视冰雹云强度、形态结构以及催化剂运载工具的性能而定,对于中等强度及以下的冰雹云,在回波强中心催化即可,对于强冰雹云,一般在冰雹胚胎帘即过冷水累积区中作业效果最好;每次作业的有效催化剂量(AgI)一般应达100 g,对中等强度以上的冰雹云每次作业催化剂量通常要达100 g(相当于100发炮弹)以上。[结论]在冰雹云发展的适宜时间、适宜部位进行适宜剂量的AgI催化,可达到抑制冰雹云发展、防御冰雹灾害的目的。