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基于多孔介质模型的养殖网箱周围流场特性研究

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应用力学学报 2022年第1期39卷 176-185页

作者：刘春宏刘长根董娇娇徐晓甫崔映雪天津大学机械工程学院天津300350 天津渤海水产研究所天津300457

为探讨鱼类养殖网箱对周围海域流场的影响,基于雷诺时均方程和Realizable k-ε湍流模型,耦合多孔介质模型,建立了研究鱼类养殖网箱周围流场的三维水动力模型。根据典型养殖场的实际数据,分别对仅网衣作用、仅鱼类作用及网衣和鱼类共同... 详细信息

为探讨鱼类养殖网箱对周围海域流场的影响,基于雷诺时均方程和Realizable k-ε湍流模型,耦合多孔介质模型,建立了研究鱼类养殖网箱周围流场的三维水动力模型。根据典型养殖场的实际数据,分别对仅网衣作用、仅鱼类作用及网衣和鱼类共同作用下网箱周围流场进行数值模拟。结果表明综合考虑网衣和鱼类的作用时,网箱下游流速衰减最大可达85%,流速约在6.5倍网箱直径处逐渐恢复;与仅鱼类作用和仅网衣作用相比,网箱内部及下游流速衰减程度明显增强,说明单独只考虑鱼或网都不能准确地描述鱼类养殖网箱周围的流场特性,须将二者结合考虑。

关键词：养殖网箱多孔介质流速衰减

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

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水产学报 2023年

作者：林旻邬骞力田会元黄六一黄桂芳刘波王欣欣王刚福建省水产研究所上海勘测设计研究院有限公司中国海洋大学水产学院

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... 详细信息

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。

关键词：海上风电养殖网箱风机导管架系泊绳张力结构安全性数值模拟

基于CFD方法的养殖网箱波流场预报及颗粒物沉降模拟

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基于CFD方法的养殖网箱波流场预报及颗粒物沉降模拟

作者：侯思宇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

养殖网箱是水产养殖业的主要生产工具,网衣能直接影响网箱内外的环境条件,从而影响溶氧量和饲料颗粒的沉降。因此,针对网箱环境及颗粒物沉降的水动力分析方法的研究是非常有必要的。本文旨在基于网元源项的多孔介质模型CFD方法建立养殖... 详细信息

养殖网箱是水产养殖业的主要生产工具,网衣能直接影响网箱内外的环境条件,从而影响溶氧量和饲料颗粒的沉降。因此,针对网箱环境及颗粒物沉降的水动力分析方法的研究是非常有必要的。本文旨在基于网元源项的多孔介质模型CFD方法建立养殖网箱的水动力、周围环境以及颗粒物沉降的分析模型。由于网衣模型的直接模拟较为复杂,通常使用多孔介质模型近似模拟。本文首先对网元模型和多孔介质模型进行了简要介绍。通过计算定量总结了网衣及网箱周围流场特征,对各个影响参数(密实度、雷诺数、网箱数目、网箱阵列、来流角等)进行了敏感性分析,校核了网衣下游流场并拟合了流速衰减计算公式。通过和实际建模的数值模拟结果比较,验证了本文方法的正确性;在此基础上,研究了网箱各参数对下游流场及颗粒物沉降的影响,并拟合了网箱周围流场流速衰减的计算公式。结果表明,密实度对网箱下游流场流速衰减的影响远大于其他参数,网箱阵列的遮蔽效应也会影响下游网箱周围流场;流场的流速的增大对网箱内颗粒物沉降位置变远,分布范围变大,而网箱密实度的变化对颗粒物的沉积范围和迁移距离影响较小,网箱群来流角的变化会影响下游网箱颗粒物沉积范围,对迁移距离影响较小。本文也基于同样的方法研究了多孔结构物对波浪场的影响。讨论了不同参数(数目、周期、浪向角、密实度、波高、尺寸等)的敏感性。研究表明,垂直网衣结构对波浪透射系数的影响较小,可忽略不计。横向大密实度多孔结构物对波浪透射系数则有较大影响,较低密实度时CFD方法的模拟较为准确,高密实度时势流方法计算结果更精确。网箱对下游波高的影响略大于网衣,但总体影响较小。在此基础上进一步分析了网箱对波流场的影响以及内部颗粒物的沉降规律:波流场流速的变化会使网箱下游波流场的波浪透射系数降低,且低于同样波况下的波浪场,波流场流速的方向和大小都会对颗粒物的沉降范围和迁移距离造成很大的影响;网箱密实度的增大会使下游的波浪透射系数减小,对相同条件下波浪场几乎没有影响,而对颗粒物沉降的影响也较小;同等流速下的波流场对颗粒物沉降的影响略大于单一流场,总的来说波流场、流场、波浪场、网箱密实度对颗粒物的沉降影响依次递减。

关键词：养殖网箱多孔介质模型颗粒物沉降波流场

龙羊峡水库虹鳟养殖网箱附着藻类群落结构、附着过程与分布特征研究

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青海大学学报 2023年第1期41卷 41-48页

作者：赵旭东刘扬苗世玉简生龙王振吉王国杰青海大学生态环境工程学院青海西宁810001 青海省渔业推广中心青海西宁810002

龙羊峡水库作为全国最重要的虹鳟鱼网箱养殖基地,养殖网箱附着藻类显著增加了其养殖成本。本文通过形态学和分子生物学手段,分析龙羊峡水库养殖网箱附着藻类的丝状优势种,采用挂网法和挂板法研究附着藻类生物量的时空分布特征及其附着... 详细信息

龙羊峡水库作为全国最重要的虹鳟鱼网箱养殖基地,养殖网箱附着藻类显著增加了其养殖成本。本文通过形态学和分子生物学手段,分析龙羊峡水库养殖网箱附着藻类的丝状优势种,采用挂网法和挂板法研究附着藻类生物量的时空分布特征及其附着过程。结果表明:(1)龙羊峡水库共检出附着藻类5门31属,丝状藻类优势种主要为水绵(Spirogyra sp.),群落种类、数量组成均以硅藻门(Bacillariophyta)和绿藻门(Chlorophyta)为主。(2)龙羊峡水库养殖网箱附着过程与其他淡水水域附着过程相似,呈现有机物—细菌、真菌、小微型藻类—丝状绿藻的附着过程,但在具体物种上存在差别,体现了高原冷水性湖泊附着藻类的组成特点。(3)附着藻类生物量呈现夏季多,春秋次之,冬季最少的分布趋势;在垂直方向上主要分布于水体表层0~3 m处。该研究结果可为黄河上游养殖网箱附着藻类的防控提供参考。

关键词：高寒水库养殖网箱附着藻类群落结构附着过程

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基于导管架结构的养殖网箱水动力特性研究

基于导管架结构的养殖网箱水动力特性研究

作者：陈秋攀大连理工大学

学位级别：硕士

当前,随着海上油气平台寿命或采油活动结束,大批导管架结构将因闲置或废弃而失去其原有价值;而随着海上风电不断向离岸深海挺进,导管架基础的应用将越来越广泛,但仍面临施工维护成本高、水面利用率低等问题。与此同时,伴随着海洋资源的... 详细信息

当前,随着海上油气平台寿命或采油活动结束,大批导管架结构将因闲置或废弃而失去其原有价值;而随着海上风电不断向离岸深海挺进,导管架基础的应用将越来越广泛,但仍面临施工维护成本高、水面利用率低等问题。与此同时,伴随着海洋资源的不断开发和利用,沿海的水产养殖空间资源被不断压缩,使得养殖密度不断变大,进而导致了病害和污染等一系列问题。鉴于以上问题,将导管架结构和养殖网箱相结合,可以满足不同海洋用途的协同增效发展。基于导管架结构的养殖网箱在海浪和洋流等海洋环境的作用下具有复杂响应,因此开展相关水动力特性研究具有重要意义。本文研究的主体结构为大跨度导管架结构,对该导管架结构及基于该导管架结构的养殖网箱的研究主要包括两方面内容,一是针对二者进行物理模型试验,研究不同波况下结构的水平波浪力变化规律;二是利用有限单元法对二者进行数值模拟,研究波浪相位角、波浪力分量随波浪参数的变化规律,并利用最小二乘法求解水动力系数。本文结构安排如下:首先,设计了导管架和整体网箱的物理模型,并通过波浪试验研究了结构的水平波浪力受波浪周期、波高及入射角的影响。试验结果表明,大跨度导管架结构对波浪周期的变化十分敏感,且随波浪入射角变化规律存在较大差异,这和传统海工结构的相关研究有较大区别。其次,建立了导管架及整体网箱的有限元模型,基于莫里森方程对结构进行相位角搜索,分析了结构所受波浪力与波浪相位角的关系;同时进行瞬态动力学分析,求解了结构所受的水平波浪力及其分量。数模结果表明,大跨度导管架结构峰值波浪力对应的相位角随波高基本不变而随周期变化较大,且随不同波浪入射角的变化规律存在差异;导管架波浪力分量中,拖曳力所占比重随波高、周期的增加而逐渐变大,且惯性力不可忽略,而对于网衣而言,惯性力占比很小,考虑仅用拖曳力近似代替波浪总力。最后,在有限元瞬态动力学分析的基础上,结合相应的试验数据,基于非线性莫里森方程,运用最小二乘法拟合结构的水动力系数,结构水动力系数随KC数变化的同时,受波浪入射角的影响也不容忽视;计算对应的拖曳力、惯性力和波浪总力,将试验波浪力和水动力系数对应的计算波浪力进行比较,发现借助有限元软件计算水动力系数的方法是有效的,可以为相关研究提供参考。

关键词：导管架养殖网箱物理模型试验数值模拟水动力系数

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基于遗传算法的养殖网箱平台多目标优化

中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2022年第8期 0116-0122页

作者：张浩健严俊李松南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江) 广东湛江524002

在养殖网箱平台初级设计阶段,主尺度是影响网箱平台的总体性能的关键,同时也关乎业主成本的重要因素,因此开展对养殖网箱平台主尺度的多目标优化是一项非常具有工程意义的工作。本文以某型方养殖平台为例,通过NAPA软件进行参数化建模,... 详细信息

在养殖网箱平台初级设计阶段,主尺度是影响网箱平台的总体性能的关键,同时也关乎业主成本的重要因素,因此开展对养殖网箱平台主尺度的多目标优化是一项非常具有工程意义的工作。本文以某型方养殖平台为例,通过NAPA软件进行参数化建模,研究了以空船重量和压载水量为目标函数、及各结构尺寸为设计变量的多目标优化。通过多目标遗传算法,得到pareto前沿,最后采用TOPSIS的评价方法得出最佳设计方案。对于圆型柱稳式网箱,中央立柱的尺寸对网箱的空船重量和压载水量最优化的影响最大,底部长浮箱的影响次之,而周围立柱的影响较小。

关键词：养殖网箱参数化建模多目标优化遗传算法 TOPSIS评价

基于空化射流技术的养殖网箱水下清洗喷嘴数值模拟

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渔业现代化 2020年第5期47卷 59-65页

作者：林礼群刘平王志勇中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所上海200092 青岛海洋科学与技术国家实验室山东青岛266237

网衣附着生物形成堵塞是深海网箱养殖面临的严重问题之一,如何实现养殖网箱的安全高效清洗是目前亟待解决的问题。研究了网箱水下清洗机器人结构,将空化射流技术应用于养殖网箱表面附着物的清洗,根据网箱水下清洗工况,利用Fluent软件对... 详细信息

网衣附着生物形成堵塞是深海网箱养殖面临的严重问题之一,如何实现养殖网箱的安全高效清洗是目前亟待解决的问题。研究了网箱水下清洗机器人结构,将空化射流技术应用于养殖网箱表面附着物的清洗,根据网箱水下清洗工况,利用Fluent软件对喷嘴内部的空化流场进行了数值模拟,采用mixture气液两相模型、空化模型和Realizable k-ε湍流模型模拟计算得到了喷嘴附近速度流场和气相体积分数的分布规律;还研究了喷嘴入口压力和清洗深度对空化射流空化效果的影响。结果显示,空化现象主要产生于喷嘴圆扩张段壁面,增大喷嘴入口压力有利于提高流体射流速度及高速流射程范围,有效提高空化程度,增强清洗打击力,但水深深度增加不利于空化。该模拟计算结果可为空化射流在网箱养殖水下清洗应用提供一定理论参考。

关键词：养殖网箱水下清洗空化射流数值模拟

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养殖网箱周围流场特性的三维数值模拟

养殖网箱周围流场特性的三维数值模拟

作者：毕春伟大连理工大学

学位级别：硕士

近年来,由于人口的增加,对水产品的需求增大,近海水产资源日趋枯竭。再加上过度捕捞和不合理的开发利用等因素影响,近海生态环境逐渐恶化。因此,把网箱养殖转移到外海,寻求优越的养殖环境以及高质量的养殖产品成为网箱养殖发展的必然趋... 详细信息

近年来,由于人口的增加,对水产品的需求增大,近海水产资源日趋枯竭。再加上过度捕捞和不合理的开发利用等因素影响,近海生态环境逐渐恶化。因此,把网箱养殖转移到外海,寻求优越的养殖环境以及高质量的养殖产品成为网箱养殖发展的必然趋势,深水养殖网箱应运而生。在深水网箱养殖过程中,箱内水体的流动与鱼类生长密切相关。在网箱水动力数值计算中,网衣的减流效应同样受到关注。因此,对网衣周围流场特性的研究有着重要意义,研究成果将对网箱养殖的生产实践起到积极的指导作用。网衣属于柔性小尺度、大变形、多孔结构,利用数值方法来实现其周围流场的模拟难度很大,目前,在网箱流场方面的研究成果大多数是采用物理模型试验和现场测量的方法,数值模拟方面的研究较少。本文采用Realizable k-ε湍流模型,结合多孔介质模型模拟网衣,建立了模拟水流作用下平面网衣周围流场的数值模型。利用最小二乘法分析作用在平面网衣上的水流力与流速和冲角的关系,得到对应的多孔介质系数,使得多孔介质区域具有与网衣相同的阻水效果。运用该数值模型对网衣及网箱周围流场特性进行数值模拟研究,获得较好效果。论文主要内容分为五章：第一章是绪论,简要介绍了课题背景和网箱流场方面的研究进展。第二章介绍了建立多孔介质模型的数值方法,主要包括控制方程、多孔介质系数、边界条件及网格划分和数值计算方法等。第三章为数值模拟及试验验证,首先采用本文提出的数学模型对平面网衣和方形网箱进行二维数值模拟,并通过模型试验进行验证。在此基础上,对不同冲角和流速条件下的平面网衣周围流场进行了三维数值模拟,并通过模型进行验证。第四章为平面网衣周围流场的数值模拟,本章对网衣倾角、高度、间距和数目等参数在一定范围内变化时,对平面网衣周围流场产生的影响进行了研究。第五章为网箱周围流场的数值模拟,在对平面网衣周围流场准确模拟的基础上,将网箱模型简化为由若干平面网衣组成,从而利用本文模型对整体网箱周围流场进行数值模拟,并对单体网箱以及组合网箱周围流场特性进行了研究。

关键词：养殖网箱流场多孔介质模型数值模拟

基于有限元方法对波流场中养殖网箱的系统动力分析

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工程力学 2010年第5期27卷 250-256页

作者：崔勇关长涛万荣桂福坤黄滨李娇中国海洋大学水产学院山东青岛266003 黄海水产研究所山东青岛266071 浙江海洋学院浙江舟山316000

养殖网箱系统在海中除承受静载荷以外还受到波流等动载荷的作用,为确保安全有必要对网箱系统进行动力分析。为此提出一种基于有限元原理的养殖网箱系统动力分析方法,分别对圆形重力式网箱在水流、波浪以及波流联合作用下的网衣变形与锚... 详细信息

养殖网箱系统在海中除承受静载荷以外还受到波流等动载荷的作用,为确保安全有必要对网箱系统进行动力分析。为此提出一种基于有限元原理的养殖网箱系统动力分析方法,分别对圆形重力式网箱在水流、波浪以及波流联合作用下的网衣变形与锚绳受力进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较分析。结果表明:该方法具有解的稳定性,计算值与实验值比较吻合,较好地反映了网箱系统在波流场中的动力响应特性。

关键词：有限元养殖网箱数值模拟动力分析波流场