基于PIV技术的圆形循环水养殖池流场

为研究进水管的设置距离和角度对双管进水式圆形循环水养殖池水动力特性的影响,该研究通过模型试验的方法,利用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）测量了不同进水管设置方式下养殖池内的流场。试验设计了3组进水管距池壁距离（进水管与池壁的最近距离,即进水管设置距离d）,每组距离工况下设计了8组进水角度（出水方向与养殖池切线形成的锐角,即进水管设置角度α）。利用PIV技术测量了不同工况下距离池底1 cm水层的流场,从水动力特征量（平均流速vavg和速度均匀系数U）分析进水管设置方式对养殖池水动力特性的影响。试验结果表明进水管设置方式明显影响养殖池的水动力特性：d=0时,随着α的增加,平均流速整体呈现先增大后下降的规律,在α=45°时取得最大值,但流场均匀系数随角度的增加而逐渐增加;d=1/4 r（r为养殖池半径）时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数都先缓慢增加然后再下降,分别在α=40°和30°时取得最大值;d=1/2 r时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数整体都呈现逐渐下降的趋势。综合比较24个试验工况的平均流速vavg和速度均匀系数U,建议将进水管设置为d=1/4 r,α=30°～40°,以期使养殖池内水动力特征有利于固体颗粒物的运动汇集,提升养殖池的集排污能力。该文研究成果可以为工厂化循环水圆形养殖池进水管设置方式提供参考。     

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为了提高圆形养殖池的自清洗能力,本研究系统开展了污物汇集试验和流场测量试验。实验针对圆形养殖池双管贴壁进水模式,共设计9个不同的角度工况。利用设置在养殖池正上方的相机记录不同工况下污物的汇集过程,通过分析污物的运动过程以及池内剩余的污物量,量化进水管设置角度对养殖池内污物汇集过程以及自清洗能力的影响。利用PIV技术测量了不同工况下距离池底1、2、10、19 cm (底层、近底层、中层、上层)水层的流场,通过分析流态以及水阻力系数C_t、速度均匀系数DU₅₀等养殖池水动力参数,阐明进水管设置角度对养殖池内污物汇集以及自清洗能力的影响机制。结果显示,进水管设置角度明显影响养殖池的自清洗能力,自清洗能力随着进水管设置角度的增大先增大后减小,在45°~50°工况时养殖池自清洗能力最优;进水管设置角度通过影响底层流速大小和流态影响养殖池的自清洗能力,流速大小决定污物能否起动,流态决定污物能否汇集至出水口。因此,在实际循环水养殖生产中建议将与本研究中类似的养殖池的进水管角度设置为45°~50°,以提高养殖池的自清洗能力,提升循环水养殖系统的综合性能。