拖网模型试验小尺度雷诺相似准则的理论探讨

本文从理论上探讨拖网模型试验的相似准则．首先分析现有相似准则的理论前提中存在的二个问题，然后提出一种以拖网网体的小尺度雷诺相似为基础的准则．这一准则与现有准则有二个主要的不同点：(1)现有准则假定网具阻力与速度平方成正比，亦即阻力系数是常数K与雷诺数无关，试验中不考虑粘性力相似条件。本准则认为网具阻力系数CR不是常数而是雷诺数的函数，亦即CE=CR(Re)。在模型试验中考虑粘性力相似条件。(2)现有准则按重力相似，亦即相当于网体小尺度傅汝德数相似条件推导实网与模型网之间的速度关系。本准则认为支配网具阻力的主要因素是粘性力。考虑到网体的滤流特点，以网体的小尺度雷诺相似为条件推导实网与模型网之间的速度关系。同时考虑到二者的大尺度雷诺数不同所产生的尺度效应，引进了相应的修正系数。在讨论了相似准则的理论前提后，本文阐述了新准则的要点。     

田内相似准则的雷诺数修正

多年来，田内相似准则一直是日本和中国在进行网具模型试验时，作模型、实物的换算准则。但在拖网的模型试验中，所取得的数据，按田内相似准则换算到实物，与实物网实船测试的数据相差很大。产生这种情况的原因，主要是由于田内相似准则在推导过程中所作的假定条件与实际情况出入较大。     

日韩小网目南极磷虾拖网性能对比分析

南极磷虾(Euphausua superba)是目前已知的地球上最大的单种生物资源之一,其巨大的生物量和潜在的开发价值日益受到各国的关注。本研究以中国南极磷虾捕捞船队引进的日韩小网目南极磷虾拖网为原型网,采用田内准则进行网具模型试验,比较分析其网具性能。模型网大尺度比λ分别为14(韩式网,Net B)和16(日式网,Net A),平均小尺度比约为3,速度比为3。模型试验于东海水产研究所拖曳水池中进行。模型网试验速度分别为:0.345 m/s、0.428 m/s、0.513 m/s、0.599 m/s、0.685 m/s。L/S取网具下袖端间距与下纲长度的比值,范围取0.4~0.55,以0.05为间距分4档。模型试验记录各档拖速和L/S下模型网的阻力和网口高度数据。按照模型换算准则换算得到原型网相应拖速下的阻力、网口高度和能耗系数等指标,分析网具的水动力性能。试验结果表明:(1)韩式磷虾拖网(192.60 m×110.50 m)网具阻力小于日式磷虾拖网(185.40 m×128.50 m);(2)日式磷虾拖网在扩张性(网口高度、扫海面积)、经济性(能耗系数)以及滤水性(水动力性能)方面优于韩式磷虾拖网;(3)两顶拖网在水槽模型试验时,网口与网身水下运动时均可保持稳定,网身呈流线型,未出现凹凸现象;(4)日式南极磷虾拖网的阻力估算公式为:RA=1/2ρ(0.24 R-0.5 SV2e)T;韩式拖网为:RB =1/2ρ(0.177 R-0.542e)STV;综合两顶拖网得到的小网目南极磷虾拖网的阻力估算式为:R=1/2ρ(0.209 R-0.52e)STV2。     

深水养殖网箱试验中网衣相似准则的应用

通过分析与试验相结合的方法对重力相似准则在网衣试验中的适用性进行研究。试验以在国内应用较广的田内相似准则作为参照,分析讨论了两种相似准则的异同,推导得出了重力相似准则结合大小尺度比在网衣模型设计中的质量校正公式及刚度校正公式。并据此按照两种相似准则,设计了包括网衣、底杆和沉子系统的两套模型,模型上端固定于设置了受力传感器的刚性直杆上。试验在纯流条件下进行,分别设置5组流速,试验水深0．8m。各组流速重复试验3次,受力由固定于刚性直杆上的传感器测量获得,网衣的变形则通过系缚在网衣上的二极管的坐标确定。在进行受力分析时,由于两相似准则的受力比尺不同,因此必须将模型受力按照对应比尺统一转换为原型值,同时利用受力与流速的回归关系式将模型受力校正为同一流速下的数值然后再进行比较。试验结果表明,相同流速条件下,两种相似准则的模型受力及变形总体上吻合较好,说明重力相似准则在网衣试验中采用质量校正及刚度修正后同样能够得到令人满意的结果,而且试验中模型的大尺度比达到1：20,这无疑为涉及波浪问题的深水网箱模型试验的设计提供了保障,从而避免了田内相似准则在深水网箱试验研究中应用的局限性。     

关于双船拖网几个问题的探讨—Ⅰ

拖网是渔业生产的重要工具，国内外渔业工作者为观察和测量它的形状和主要性能参数，曾通过网具模型试验、实网作业性能参数观测、渔具力学分析、渔具特征尺度与性能参数的统计分析等多途经的理论探讨与经验总结，找出了一些规律，推导出一些相似准则与经验公式，为设计与改进网具提供了科学依据。但在某些方面，也出现了较大差异，或对某些现象产生不同的解释。本文仅就作者在进行模型网试验、实网性能参数观测、     

基于模型试验准则的重力式圆形网箱水动力比较研究

模型试验准则是水槽模型试验的核心问题,关系到最终推算实物系统结果的准确性。以中国常用的高密度聚乙烯(HDPE)圆形重力式网箱为研究对象,采用田内准则和狄克逊准则为模型试验准则,以大尺度比10∶1、小尺度比2∶1设计制作了网箱模型,在循环动力水槽中分别进行网箱水动力特性模型试验,比较在水流作用下两种准则的试验结果及其差异性。结果显示:网箱整体和网箱箱体的阻力随着流速增加而增加,二者呈幂函数关系;网箱整体阻力系数(C)随着雷诺数(Re)的增加而减小,二者的关系为C=17.587Re~(-0.354)(R~2=0.941);C随着Re的增加而减小,二者的关系为C=30.526 Re~(-0.424)(R~2=0.902);在实际流速30~130 cm/s范围内,田内准则的试验数据比狄克逊准则的试验数据稍小,二者的阻力差约为-5%。由试验结果可知,田内准则和狄克逊准则均可用于网箱模型水流试验。研究结果可为网箱模型实验准则的选择和圆形网箱水动力学计算提供理论依据和基本参数。     

基于网具模型试验的金枪鱼围网性能分析

模型试验根据田内准则,选择大小尺度比分别为:λ=20∶1,λ￠=1∶1,制作的模型网规格为:网衣长109 m,网高15.6 m,上纲80.9 m,下纲98 m,下纲基本重量为0.663 kg/m,浮力配备25 N/m,模型网和实物网的缩结系数相同。试验结果显示,围网中部下纲沉降深度(D)和时间(t)的关系:D=–0.0014t2+0.276t–0.6476(R2=0.9953);下纲重量对沉降性能有显著影响,而放网速度对沉降性能的影响并不显著,但两者交互项对沉降深度有显著影响;在0.531~0.663 kg/m的范围内,随下纲重量增加,沉降深度呈大幅度增加趋势,而沉降速度呈递减趋势;在0.663~0.759 kg/m范围内,沉降深度小幅度递减,而沉降速度大幅度提高。当下纲重量为0.663 kg/m时,沉降速度随放网速度的增加而增加;随着沉降时间的增加,下纲张力在0~20 s范围内波动较大,之后保持一定的平稳状态。本研究通过对金枪鱼围网模型网制作的分析与探讨,旨在更好地通过模型试验研究金枪鱼围网网具性能。     

试论拖网网具风洞模型试验准则

当前研究网渔具在运动过程中的形状变化规律,大致是采用模型试验和实物观察两种方法。近年来随着水下观察技术的发展,实物观察在网渔具研究上正在逐步完善和使用。由于拖网网具的尺度较大,又是由网线、纲索等的柔性线而构成的柔性体,在运动过程中受力后的外形容易变形。     

双臂架四片式虾拖网水动力性能试验研究

双臂架虾拖网作业是西非沿岸捕虾作业的主要捕捞方式.以西班牙441 kW渔船用的双臂架四片式虾拖网为研究对象,根据田内准则,设计和制作拖网模型并进行水槽试验,试验研究其在不同拖速与水平扩张比下的水动力性能.结果 表明,该网具阻力随着拖速的增加而上升,且呈幂指数关系,指数在1.3左右,随水平扩张比的增加呈上升趋势;拖网的网...     

网目尺寸对金枪鱼围网沉降性能及网具形态的影响

根据以往的研究结果和海上网具性能实测,并在听取生产第一线船长意见的基础上,把上海开创远洋渔业有限公司现行金枪鱼围网主网衣下部约三分之一网衣的网目尺寸放大50%,即从260 mm增大到390 mm,以探讨改进围网渔具的沉降性能。实验应用田内准则换算并制作成模型网,在日本下关西日本日网公司专业围网动水槽进行模型试验,比较了侧流、背流、顺流(流速8 cm/s,相当实物网0.20 m/s)3种相对流向的放网模式下放网以及无流(0 cm/s)海况下放网,网目尺寸改变前后围网的沉降性能、网具形态和闭合效果。结果显示,主网衣下部网目尺寸从30 mm (对照网,相当于实物网网目尺寸260 mm)放大到45 mm (试验网,相当于实物网网目尺寸390 mm),网具的沉降深度和沉降速度分别提高1.6%和1.1%;试验网的收绞时间比对照网缩短14.3%,且能保持较好的形态;有流时的3种放网模式下,试验网和对照网浮子纲在放网结束时刻的初始包围面积基本相同;在收绞结束时,试验网浮子纲包围面积为对照网的1.33倍,绞纲结束前6 s,试验网沉子纲包围面积为对照网的1.79倍,说明增大网目尺寸有利于网具包围面积的增大,改善了被围鱼群的活动空间。     

网口结构变化对南极磷虾桁杆拖网水动力性能的影响

桁杆拖网是南极磷虾连续泵吸系统中的关键部分。为探究桁杆拖网结构与部件对网具水动力性能的影响,在基于网口背部水平扩张相同的前提下,通过缩减网口腹部网目数,缩短下纲长度设计了3种桁杆拖网网口规格,桁杆长度为20 m,下纲长度分别为20.0 m(1号)、18.2 m(2号)、17.6 m(3号)。按照田内相似准则制作模型网,在3种沉力条件和5档流速下进行模型试验。结果显示：相同拖速与沉力条件下3号网扫海面积与1号网接近,2号网扫海面积较小。沉力对桁杆拖网的阻力、网口高度、扫海面积存在极显著影响(P<0.01),对能耗系数无显著性影响,适当增大沉力可以提高网具的垂直扩张性能;拖速对网具阻力、网口高度、扫海面积和能耗系数的影响极显著(P<0.01),3种网口结构的网具阻力与拖速均呈幂函数关系,指数介于0.778 4～0.859 3,阻力递增斜率变化较小。综上分析,缩短南极磷虾桁杆拖网下纲长度后有利于南极磷虾桁杆拖网垂直扩张性能提高,有利于提高网具稳定性,有利于增加拖网有效扫海面积,有利于提高渔具综合捕捞效率。     

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...     

高强度PA单丝拖网水槽试验研究

强度相同条件下,聚酰胺(PA)单丝网衣的水阻力比聚乙烯(PE)捻线网衣的要小,所以在普通PE网衣拖网中,可以对部分网衣结构设计替换高强度PA单丝网衣,以降低拖网阻力,达到节能降耗的目的。以虾拖网为实物拖网,按照田内模型试验准则,设计改进型PA网衣的模型拖网,通过水槽模型试验,对比研究改进型PA网衣和传统PE网衣的拖网渔具性能和节能效果。试验结果显示,在相同拖速条件下,水平扩张比(L/S)为0.40、0.50、0.60时,改进型模型拖网比对照模型拖网所受阻力分别可降低12.14%、8.11%、6.00%,网口高度分别可提高20.00%、22.09%、25.64%,网口扩张系数分别可提高28.57%、27.27%、30.00%,能耗系数分别可减少30.61%、29.32%、29.18%。研究表明,高强度PA单丝网衣拖网能起到降低渔具阻力、提高拖网性能的作用,可在渔业生产中推广应用。     

水流作用下自升降式张力腿网箱水动力学特性试验研究

自升降式张力腿网箱因其在水流作用下能够下潜到水中,具有在恶劣海况条件下,避免海水表面的风浪冲击,降低网箱系统被破坏风险的优点,具有良好的市场前景.根据田内准则,运用水槽模型试验方法,研究了周长60 m,网高16 m张力腿网箱在水流作用下的缆绳张力、网箱下潜深度、容积损失率与流速的关系.结果显示:张力腿网箱缆绳张力随流速...     

单船中层拖网网具操作参数变化的研究

以上海远洋渔业公司960.00m×226.28 m(107.80 m)中层拖网为母型网,按田内网渔具模型试验准则,进行水池模型试验.结果表明,在其他条件相同时,大型单船中层拖网的手纲和叉纲长度至少在240 m和130 m以内增长,有利于提高网口垂直扩张和降低能耗系数.当拖曳速度小于4.0 kn时,下手纲应比上手纲长2 m,当拖曳速度大于4.0 kn时,下手纲应比上手纲长4.0 m.对于多个燕尾的网具,连接上、下纲的2根叉纲应比中间的叉纲长2～3 m.在不影响操作的条件下,浮、沉力配备越大,越有利于提高网具性能.     

流速和放网模式对金枪鱼围网网具形态的影响

网具形态是金枪鱼围网作业性能的一个重要指标,受网线材料、沉子配重、海流等诸多因素影响。为探究放网模式和流速对金枪鱼围网网具形态的影响,本研究依照上海开创远洋渔业有限公司金枪鱼原型围网,根据田内准则制作模型网,在日本下关西日本日网公司专业动水槽进行模型实验。实验设置3种放网模式（顺流放网、侧流放网、背流放网）,3种流速（0 cm/s、5 cm/s、8 cm/s）,比较各放网模式下,流速对金枪鱼围网网具沉子纲沉降深度、纵向网衣轮廓、浮沉子纲水平包围面积和浮沉子纲水平包围形状的影响。结果显示：（1）0 cm/s流速下放网,网具沉子纲沉降深度最大（1.21 m）,浮沉子纲水平包围面积最大（8.44 m²,9.89 m²）,纵向网衣轮廓最佳;（2）顺流5 cm/s条件下放网,网具浮沉子纲水平包围形状最佳;（3）顺流、背流放网,网具最大沉降深度随着流速增加逐渐减小[1.21 m（0 cm/s） > 1.17 m（5 cm/s） > 1.13 m（8 cm/s）,1.21 m（0 cm/s） > 1.16 m（5 cm/s） > 1.10 m（8 cm/s）],网具最大沉降深度与流速显著相关（>0.05）;（5）3种放网模式下,流速与网具浮沉子纲水平初始包围面积不相关（<0.05）。综上建议,有流时为确保网具形态最佳及网具沉降深度最大,应首先采用侧流放网。     

高强度聚乙烯拖网网具性能的研究

对４顶单船中层拖网和双船底拖网的前部以高强度聚乙烯网线替代常规聚乙烯网线,依田内渔具模型试验准则制成模型网,进行水池对比试验。结果表明,在其它条件不变的前提下,应用高强度聚乙烯网线的拖网与原生产网相比,在２．５～４．５ｋｎ拖速下,网具阻力可平均下降６．５％～１６．２％,网口垂直扩张可提高０．９％～２５．７％,能耗系数下降１４．５％～３３．５％。     

南极磷虾拖网的试验研究

本文以我国首次南极磷虾探捕所使用的两顶大型变水层磷虾拖网为实物网,通过网具模型试验,测试网具的阻力与网口高度,分析其水动力性能,结果表明:网口部位六角形结构的2号网的垂直扩张性能和过滤同等体积的能量消耗均优于网口部位棱形网目结构的1号网;在拖速1.54m/s,1号网的能耗系数比2号网平均高26%。而网口垂直扩张系数低1.1%。南极磷虾拖网的阻力可用公式:R=0.25(d/a)LCV1.49估算。     

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。     

波流作用下网格锚泊的单个重力式网箱缆绳张力

以中国沿海常用的周长40 m×10 m的HDPE重力式网箱作为研究对象,采用渔具模型试验狄克生准则,选用大比例尺(λ=1/10)和小比例尺(λ′＝ 1/2)设计制作模型网箱.网箱锚泊系统采用的网格形式与实际使用的一致.模型试验于日本东京大学生产技术研究所海洋环境工程实验室风浪流水槽[50 m(L)×10 m(W)×5 ...