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基于改进波动方程的MPF推进模式鲼类游动特性研究

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力学学报 2024年第9期56卷 2762-2774页

作者：潘柳羊初文华闫纪峰夏铭遥周巧莉王一博上海海洋大学海洋生物资源与管理学院国家远洋渔业工程技术研究中心

胸鳍或中间鳍推进模式(medianand or paired fin propulsion, MPF)鲼类以其游动高效且稳定而成为越来越多仿生学者的研究对象.研究选取胸鳍为类三角形的鲼类进行仿生建模,针对其游动姿态与推进模式,改进波动方程建立双鳍对称运动模型,... 详细信息

胸鳍或中间鳍推进模式(medianand or paired fin propulsion, MPF)鲼类以其游动高效且稳定而成为越来越多仿生学者的研究对象.研究选取胸鳍为类三角形的鲼类进行仿生建模,针对其游动姿态与推进模式,改进波动方程建立双鳍对称运动模型,并运用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)的方法结合动网格技术对其进行数值模拟,研究其推进机理与游动特点,在此基础上,通过改变胸鳍波动频率、波动幅值和体波波长等生物学特征探究不同参数对MPF推进模式鲼类游动能力的影响规律.研究结果表明:在胸鳍向上波动或向下波动阶段,胸鳍末端均存在明显的低压中心,大部分推进力主要由胸鳍末端的涡量差产生;向上和向下波动双鳍的过程中鱼体会产生周期性的升力,频率与摆幅更大时升力系数峰值更高.在相同初速度与相同鱼体初始运动状态下,鱼体在3 Hz与A=0.125L时垂向位移分别可达2.32和1.81 m,可获得最大垂向提升涨幅.体波波长决定鱼体胸鳍波动主要位置,当λ=0.6L即胸鳍波动主要位置靠近中性纵剖面时鱼体推进力系数均值仅有0.02,而当λ=1.05L即胸鳍波动主要位置靠近胸鳍末梢时鱼体具有较高的推进力,推进力系数均值可达0.14.本研究结果可以为基于MPF推进模式的仿生水下机器鱼提供设计与制作基础.

关键词：鲼类游动特性胸鳍或中间鳍推进模式数值模拟

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立式双曲面网板水动力性能优化研究

海洋渔业 2024年第4期46卷 473-486页

作者：初文华赵子静郭慧琴武树龙叶旭昌崔森琦王一博上海海洋大学海洋科学学院上海201306 国家远洋渔业工程技术研究中心上海201306 上海海洋大学海洋科学与技术实验教学示范中心上海201306 上海海洋可再生能源工程技术研究中心上海201306

为研究结构型式及尺寸对立式双曲面网板水动力性能的影响机理,基于计算流体力学方法,建立立式双曲面网板三维数值模型,计算分析其水动力性能,并通过设计制作缩比模型开展动水槽试验,验证数值结果的有效性。开展曲面板弯曲度、弯曲度位... 详细信息

为研究结构型式及尺寸对立式双曲面网板水动力性能的影响机理,基于计算流体力学方法,建立立式双曲面网板三维数值模型,计算分析其水动力性能,并通过设计制作缩比模型开展动水槽试验,验证数值结果的有效性。开展曲面板弯曲度、弯曲度位置、支撑板间距等不同结构参数对立式双曲面网板水动力性能的影响规律研究,以探究最优化的结构设计方案。研究结果表明:曲面板弯曲度的同步改变和单一改变均会对立式双曲面网板的水动力性能产生不同程度的影响。如果只考虑扩张效果,曲面板A、B的弯曲度均设置为20%左右,或曲面板A弯曲度设置为15%、曲面板B弯曲度设置为25%左右,均可在一定范围内将立式双曲面网板的最大升力系数提高到最大值;但从网板综合性能考虑,后一方案可获得更高的最大升阻比。当曲面板弯曲度位置同步设置为50%时,网板升力系数可达到最大值,此时扩张效果最佳,而当曲面板弯曲度位置同步设置为20%时,最大升阻比达到峰值,网板综合性能相对更好。支撑板间距对立式双曲面网板水动力性能的影响不明显,将支撑板间距设置为420 mm左右,可在小冲角范围内提升其最大升阻比。

关键词：立式双曲面网板水动力性能数值模拟水槽试验结构参数

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基于流固耦合算法的不同材料网板水动力试验

渔业现代化 2024年第3期51卷 79-88页

作者：初文华武树龙王一博曹宇翟明浩上海海洋大学海洋生物资源与管理学院上海201306 国家远洋渔业工程技术研究中心上海201306 上海海洋可再生能源工程技术研究中心上海201306 上海海洋大学工程学院上海201306

拖网网板的水动力模型试验结果会因加工工艺、加工方式、加工材料和试验条件等多种因素出现不同程度的试验偏差。为探究网板模型不同加工材料对水动力试验的影响机理,选取双开缝矩形曲面网板为研究对象,基于流固耦合算法结合动水槽模型... 详细信息

拖网网板的水动力模型试验结果会因加工工艺、加工方式、加工材料和试验条件等多种因素出现不同程度的试验偏差。为探究网板模型不同加工材料对水动力试验的影响机理,选取双开缝矩形曲面网板为研究对象,基于流固耦合算法结合动水槽模型试验,分析丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)3种3D打印材料网板模型与传统钢质网板模型的结构响应差异及其对水动力试验的影响规律。结果显示:采用传统金属材料(钢)与非金属材料(ABS)加工的网板模型在结构响应及水动力性能方面均具有显著差异,且随冲角和流速的增加,网板模型的最大变形量增加,进而导致升/阻力系数差异也进一步增加;PVC材料因其弹性模量较大、刚性较强,结构响应与金属材料较为接近,因而对水动力试验结果影响较小。基于上述结果,开展网板水动力模型试验时,可选用PVC作为3D打印材料,但需确保模型制作精度,避免模型材料对水动力试验结果精度的影响。

关键词：拖网网板流固耦合 CFD 模型试验影响机理

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pH对大黄鱼肌原纤维蛋白结构性质及乳化性的影响

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水产学报 2024年第3期48卷 164-173页

作者：任中阳崔雅清陈玉峰石林凡郝更新杨燊邱绪建刘淑集翁武银集美大学海洋食品与生物工程学院集美大学厦门市海洋功能食品重点实验室浙江工业大学浙江省深蓝渔业资源高效开发利用重点实验室浙江工业大学食品科学与工程学院福建省水产研究所

为深入探究大黄鱼肌原纤维蛋白(MP)的乳化性，以满足大黄鱼蛋白质高值化开发利用的需求。实验探究了不同pH对大黄鱼MP结构性质及其乳化性的影响。采用pH分别为2、4、6、8、10、12的低盐磷酸缓冲液处理大黄鱼MP，通过SDS-PAGE分析大黄鱼M... 详细信息

为深入探究大黄鱼肌原纤维蛋白(MP)的乳化性，以满足大黄鱼蛋白质高值化开发利用的需求。实验探究了不同pH对大黄鱼MP结构性质及其乳化性的影响。采用pH分别为2、4、6、8、10、12的低盐磷酸缓冲液处理大黄鱼MP，通过SDS-PAGE分析大黄鱼MP降解情况，利用接触角测量仪和荧光分光光度计考察其疏水性变化。将不同pH下大黄鱼MP溶液与大豆油以体积比为1∶1的比例经高速均质制备乳液，并对其乳滴电位、粒径以及乳液的乳析指数进行测定，综合分析在不同pH下乳液的稳定性。SDS-PAGE电泳结果表明，在pH 4时，大黄鱼MP条带颜色较浅，在pH 6～12时，肌球蛋白重链条带基本消失，肌动蛋白条带颜色逐渐加深，且在浓缩胶顶部出现了高分子聚集物。对接触角和荧光光谱的综合分析表明，大黄鱼MP疏水性随pH增加而增加。对不同pH下MP乳液特性分析显示，在pH 8时，乳滴带负电且Zeta电位绝对值大[(49.63±1.52) mV]、粒径较小、乳液稳定性较好，而pH 12条件下容易出现破乳，不利于乳液的稳定。在pH 8时，大黄鱼MP结构更有利于提升乳液稳定性。研究表明，在弱碱性条件下更有利于大黄鱼MP形成稳定的乳液体系。pH对大黄鱼MP结构性质和乳化性的影响探究，有望为大黄鱼MP在食品工业中的开发利用提供理论依据。

关键词：大黄鱼肌原纤维蛋白 pH 疏水性乳化性

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基于远洋渔船作业场景的机会网络移动模型

同济大学学报（自然科学版） 2018年第8期46卷 1107-1114页

作者：陈成明虞丽娟凌培亮曹守启同济大学机械与能源工程学院上海201804 上海海洋大学工程学院上海201306 国家远洋渔业工程技术研究中心上海201306

在分析现有移动模型性能的基础上,针对远洋渔船机会网络中节点运动作业时的特点,提出了一种符合远洋渔船移动特征的平滑转弯半马尔科夫移动模型(Smooth Turn Semi-Markov Smooth Mobility Model,简称STSMS模型).从节点运动方程和平均稳... 详细信息

在分析现有移动模型性能的基础上,针对远洋渔船机会网络中节点运动作业时的特点,提出了一种符合远洋渔船移动特征的平滑转弯半马尔科夫移动模型(Smooth Turn Semi-Markov Smooth Mobility Model,简称STSMS模型).从节点运动方程和平均稳态速率两方面进行了理论分析,并对节点运动轨迹和平均稳态速率进行了仿真验证.仿真结果表明,构建的STSMS模型能较好地反映节点的运动特点,并具有速率不随时间延长发生衰减的特性,适用于远洋渔船机会网络的模拟仿真.

关键词：机会网络移动模型远洋渔船平均稳态速率

赤道太平洋中部围网自由群的空间点模式的影响因子

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水产学报 2018年第8期42卷 1220-1228页

作者：杨晓明王学昉田思泉戴小杰上海海洋大学海洋科学学院上海海洋大学远洋渔业协同创新中心上海海洋大学国家远洋渔业工程技术研究中心上海海洋大学大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室

赤道太平洋中部是我国围网渔船主要作业的海域之一,对围网自由群资源分布的影响因子的掌握非常重要。根据我国围网船队2015年渔捞日志,以空间点密度作为资源丰度的指标,选取几个相对重要因子(离岸距离、混合层深度、海表温度和净初级生... 详细信息

赤道太平洋中部是我国围网渔船主要作业的海域之一,对围网自由群资源分布的影响因子的掌握非常重要。根据我国围网船队2015年渔捞日志,以空间点密度作为资源丰度的指标,选取几个相对重要因子(离岸距离、混合层深度、海表温度和净初级生产力),采用相对密度估计和点过程模拟方法,计算各因子对自由群资源密度的影响曲线和资源密度最优回归方程。结果显示,(1)围网自由群栖息偏好环境:离岸距离为70250 km,海表温度为29.730.1°C,混合层深度为35.542 m,净初级生产力为200280 mg C/(m2·d)。(2)资源密度在离岸距离为070 km之间快速上升,70250 km保持小幅上升,离岸距离大于250 km后资源密度平稳下降;资源密度在海表温度为28.529.8°C,随着海表温度增加而增加,而30.231.5°C之间随机分布;净初级生产力为150280 mg C/(m2·d),资源密度随之增加,而净初级生产力大于280 mg C/(m2·d)后资源密度下降;在混合层深度为3037 m间为正相关上升,在3751 m为负相关。(3)对资源密度贡献的重要性因子排列顺序依次为离岸距离>净初级生产力>混合层深度>海表温度。

关键词：围网自由群点模式点过程模拟赤道太平洋中部

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不同池型结构循环水养殖池水动力特性研究

农业机械学报 2022年第3期53卷 311-320页

作者：张俊王明华贾广臣曹守启上海海洋大学工程学院上海201306 国家远洋渔业工程技术研究中心上海201306 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

为构建兼具良好水动力性能和高空间利用率的循环水养殖池,对比研究了正方形、六边形、八边形、圆形、方形切角、方形圆弧角6种池型养殖池的水动力特性及综合性能。在试验数据验证计算方法有效的基础上,研究了池型结构对流动均匀性、流... 详细信息

为构建兼具良好水动力性能和高空间利用率的循环水养殖池,对比研究了正方形、六边形、八边形、圆形、方形切角、方形圆弧角6种池型养殖池的水动力特性及综合性能。在试验数据验证计算方法有效的基础上,研究了池型结构对流动均匀性、流速分布、涡量分布、水体混合均匀性及自净化效能的影响作用,并从适渔性、循环水的利用率、空间利用率等方面分析了养殖池的综合效能。研究表明:随着养殖池的切角距离和圆角半径增大,底流速度增大,水流均匀性、涡流强度和二次流强度增强,有利于提高循环水养殖池的水体混合与自净化效能,但养殖池的空间利用率降低;随着切角距离和圆角半径减小,水体平均速度降低,要维持适宜的速度范围就要增大射流速度,产生更多废水,降低循环水利用效率;正六边形、0.4396

关键词：循环水养殖池水动力学流场净化效能空间利用率

基于GY-30的集鱼灯多点同步无线测光系统设计

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渔业现代化 2016年第5期43卷 62-66页

作者：王伟杰叶超卢克祥孔祥洪钱卫国国家远洋渔业工程技术研究中心上海201306 上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海海洋大学物理实验中心上海201306

集鱼灯实地光照数据量大,现有测试设备因船体摇摆和潮位变动等因素造成较大的数据误差。为降低测试过程中数据误差较大的问题,设计了一种新型测试系统,使用CC2530单片机为照度测试的下位机,采用GY-30模块为光强检测元件,以Zigbee作为主... 详细信息

集鱼灯实地光照数据量大,现有测试设备因船体摇摆和潮位变动等因素造成较大的数据误差。为降低测试过程中数据误差较大的问题,设计了一种新型测试系统,使用CC2530单片机为照度测试的下位机,采用GY-30模块为光强检测元件,以Zigbee作为主控器与终端设备之间的无线通讯方式。系统实施过程为:当光子投射到GY-30模块时,会产生对应大小的电流,电流经电路放大后被终端CC2530采集,该模块将数据发送至网络中的协调器,协调器通过USB与PC上位机连接并传输测试数据。结果显示,以单次测试样本7×6数据量为例,按照传统测试方法耗时约为120 min,而使用新系统可缩短至20 min,在数据准确度方面也有大幅提高。利用新系统测试大面积的光场分布,在一定程度上能减少误差,同时可减少灯光测试的重复性操作。

关键词：集鱼灯测试系统多点测试 Zigbee GY-30

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水下LED集鱼灯灯载视频系统设计

渔业现代化 2016年第6期43卷 51-54页

作者：卢克祥许家龙王伟杰钱卫国叶超上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海嘉宝协力电子有限公司上海201802 国家远洋渔业工程技术研究中心上海201306

为实时获取光诱捕捞作业时水下鱼群状态的视频信息,设计了一款水下LED集鱼灯灯载视频系统。该系统在结构设计上以水下LED集鱼灯为载体,在其内部嵌入了一套数字视频解决方案;在信号处理上利用正交频分复用技术(OFDM)对数字视频信号进行调... 详细信息

为实时获取光诱捕捞作业时水下鱼群状态的视频信息,设计了一款水下LED集鱼灯灯载视频系统。该系统在结构设计上以水下LED集鱼灯为载体,在其内部嵌入了一套数字视频解决方案;在信号处理上利用正交频分复用技术(OFDM)对数字视频信号进行调制,以克服电力线上的杂波和电流信号固定脉冲对视频信号的干扰;在通信设计上以电力载波(PLC)方式作为视频信号传输方案。该系统设计完成后,对其信号传输性能进行了测试。结果表明,在电力线标称截面积6 mm2、长度30 m时,系统延时3 ms,丢包率0%,实际传输速率为8 000 Kbps。系统在不改变集鱼灯结构的前提下,添加了视频拍摄功能,且无需单独增设视频传输线,可作为光诱渔船上的辅助渔捞设备使用,也可拓展应用于鱼类行为实验中。

关键词：水下LED集鱼灯视频正交频分复用电力载波