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改进鱼类营养和饲料研究范式:从大口黑鲈和大黄鱼配合饲料在养殖生产中的应用谈起

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水产学报 2024年第4期48卷 222-240页

作者：王岩浙江大学海洋学院

鱼类营养和饲料研究起始于20世纪50年代，并借鉴对人类和畜、禽营养研究的经验建立了研究范式。在过去70年中，鱼类营养和饲料研究遵循已有的范式取得了大量的成果，这些研究成果推动了水产配合饲料技术的进步，为水产饲料产业从无到有... 详细信息

鱼类营养和饲料研究起始于20世纪50年代，并借鉴对人类和畜、禽营养研究的经验建立了研究范式。在过去70年中，鱼类营养和饲料研究遵循已有的范式取得了大量的成果，这些研究成果推动了水产配合饲料技术的进步，为水产饲料产业从无到有、从小到大做出了贡献。然而，随着全球水产养殖规模的不断扩大，水产养殖产业面临的资源和环境压力日益增加，对水产饲料也提出了更多和更高的要求。养殖生产实践表明，根据一些肉食性鱼类营养和饲料研究结果设计配方生产的饲料不能取得预期的应用效果，这意味着遵循已有研究范式所得到的结果难以完全满足现代鱼类养殖生产的需要。本文总结了两种具有重要经济价值的肉食性鱼类(大口黑鲈和大黄鱼)配合饲料在养殖生产中应用的曲折历程，指出早期研究明显低估了饲料蛋白水平是导致配合饲料长期无法在养殖生产中成功应用的主要原因。早期研究报道大口黑鲈的饲料蛋白需求为400～440 g/kg，大黄鱼的饲料蛋白需求为450～470 g/kg，但投喂配合饲料的鱼的生长明显比投喂冰鲜鱼的鱼慢。重新评估发现大口黑鲈和大黄鱼饲料蛋白需求分别为480～510 g/kg和490～520 g/kg，投喂含适量蛋白的配合饲料时鱼生长与投喂冰鲜鱼时接近。对大口黑鲈和大黄鱼饲料蛋白需求的明显低估反映出已有鱼类营养和饲料研究范式中存在不足，其表现为：(1)强调食物对鱼类生长的影响，但忽视了鱼类遗传背景和食物外的其他环境条件对鱼类生长和摄食的作用；(2)强调鱼类个体生长可反映其营养需求和饲料质量，但忽视了鱼类个体生长并不能完全反映养殖产量和效益；(3)强调生长和饲料利用效率在评价水产养殖效益方面的重要性，但忽视了投饵养殖对自然资源和环境所产生的负面影响是限制水产养殖可持续发展的瓶颈；(4)基础饲料配方对评价营养需求或饲料质量的影响没有得到足够重视，因基础饲料组成不合理导致一些研究结果缺乏实际意义。针对上述问题，作者建议对已有范式的概念、理论和研究方法做如下改进：(1)重视鱼类遗传背景和食物以外的其它环境条件对鱼类生长的影响，明确鱼类生长潜力决定营养需求，而食物营养是实现生长潜力的条件；(2)重视食物中各种营养素之间的相互作用，明确不同饲料原料在配方的营养平衡中发挥不同的作用；(3)进行饲养实验时重视实验鱼种质和种群结构，重视对照组和处理组个体生长的差异幅度在判断处理效应方面的指示意义，重视饲料配方对自然资源和环境等制约水产养殖可持续发展的因素的影响。改进后的研究范式更符合现代水产养殖生产实际，遵循其开展研究获得的结果能够更好地指导饲料配方设计，所生产的配合饲料也能更好地应用于水产养殖生产。

关键词：大口黑鲈大黄鱼配合饲料范式饲料蛋白需求饲料鱼粉替代生长

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一种自适应的三维荧光光谱去散射方法

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 969-976页

作者：伍卓慧黄冰佳李学勤王晓萍浙江大学海洋学院浙江舟山316021 浙江大学海南研究院海南三亚572025 海洋感知技术与装备教育部工程研究中心浙江舟山316021

三维荧光光谱因其数据量大、灵敏度高等优点,在食品科学、分析化学、生物化学和环境科学等领域应用广泛。然而,因为同时存在瑞利散射和拉曼散射,给三维荧光光谱的定量分析和数据显示带来了困难。因此,在数据处理前期,消除散射干扰对其... 详细信息

三维荧光光谱因其数据量大、灵敏度高等优点,在食品科学、分析化学、生物化学和环境科学等领域应用广泛。然而,因为同时存在瑞利散射和拉曼散射,给三维荧光光谱的定量分析和数据显示带来了困难。因此,在数据处理前期,消除散射干扰对其具有重要意义。在已有方法中,对较低浓度溶液和散射峰与物质荧光信号重叠严重光谱的去散射算法的研究相对空白。针对现有问题,提出了一种自适应的三维荧光光谱去散射方法。首先,该方法通过减去每次实验获取的溶剂的光谱基线来校正拉曼散射和背景干扰。然后综合考虑散射峰与物质峰的荧光强度和重叠程度将光谱分为五类情况对应三个重叠等级:无重叠、微弱重叠和严重重叠,分别采用置零法、分段三次Hermite插值多项式算法和高斯拟合-分段三次Hermite插值多项式耦合算法对瑞利散射进行校正处理。此方法基于一维插值,仅对单个发射光谱进行研究,降低了算法复杂度,计算时间较短。通过对酪氨酸、黄腐酸、萘乙酸和罗丹明B四种典型有机化合物进行实验,评估了该方法扣除散射干扰的有效性。并且与现阶段研究中使用最多的Delaunay三角形内插值法进行比较,以重叠区域散射校正后的数据对四种有机化合物分别进行浓度回归,此自适应方法所得的平均决定系数为0.9962,相比于Delaunay三角形内插值法提高了5.04%。同时,通过对比天然有机化合物黄腐酸分别经此方法和Delaunay三角形内插值法进行散射校正后的三维荧光光谱,进一步证明了该方法更好地保持了物质荧光光谱区域的结构特征,有效地避免了过拟合现象的发生。最后,利用该方法对模拟突发污染水样进行监测,验证了此方法具有很好的普适性,有实际应用价值,为三维荧光光谱去散射提供了一种新的思路。

关键词：三维荧光光谱瑞利散射拉曼散射自适应去散射

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低频小振动能量收集的伞型摩擦纳米发电机

中国电机工程学报 2024年第10期44卷 4103-4111,I0030页

作者：刘安国苏玉香罗健锋赵柯洋赵西增浙江海洋大学海洋工程装备学院浙江省舟山市316022 浙江大学海洋学院浙江省舟山市316021

针对摩擦纳米发电机功率密度低、触发难、耐久度差的问题,该文设计一种伞型摩擦纳米发电机(umbrella-shape triboelectric nanogenerator,U-TENG)用于收集低频小振动能量。U-TENG以纸基作为连接机构,使上下伞叶在振动环境中进行有序开合... 详细信息

针对摩擦纳米发电机功率密度低、触发难、耐久度差的问题,该文设计一种伞型摩擦纳米发电机(umbrella-shape triboelectric nanogenerator,U-TENG)用于收集低频小振动能量。U-TENG以纸基作为连接机构,使上下伞叶在振动环境中进行有序开合,可以有效增加摩擦层数量、增大接触面积、改善接触面的贴合效果。另外,在摩擦电单元的设计上,通过叠放氟橡胶提高导电层上的感应电荷量,以优化电能输出性能。实验结果表明:当两个摩擦电单元并联运行时,UTENG的最大短路电流和开路电压分别能够达到125.9μA和804 V;在低频小幅振动下其瞬时功率密度最高达到509.3 W/m^(3);U-TENG可以收集环境中不同形式的振动能,以收集脉冲式振动的能力尤为突出,最多可驱动960个LED灯。该方法可为环境中低频振动能的高效捕获提供思路。

关键词：摩擦纳米发电机伞型振动能收集高能量密度叠加输出

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中浅水深漂浮式风机系泊系统失效影响数值研究

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海洋工程 2024年

作者：李雅丽高洋洋王立忠浙江大学海洋学院浙江大学海南研究院

基于FAST-OrcaFlex风机时域一体化计算模型，开展了中浅水深15 MW半潜漂浮式风机系泊系统连续失效数值模拟研究，分析了正常发电和停机工况下系泊系统失效过程对漂浮式风机动力响应特性的影响规律。研究结果表明：在水深h=50 m，有效波... 详细信息

基于FAST-OrcaFlex风机时域一体化计算模型，开展了中浅水深15 MW半潜漂浮式风机系泊系统连续失效数值模拟研究，分析了正常发电和停机工况下系泊系统失效过程对漂浮式风机动力响应特性的影响规律。研究结果表明：在水深h=50 m，有效波高Hs=8.30 m，谱峰周期Tp=12.05 s，湍流风平均风速为16 m/s时，当与风浪同向单根锚链在导缆孔处破断时，同向剩余两根锚链在导缆孔处张力会显著增大，风机基础并不会发生较大偏移；当多根锚链在导缆孔处连续破断时，半潜式基础纵荡和横荡平均漂移距离最大可达152.64 m和6.72 m，导致剩余锚链悬空段减小，导缆孔张力降低；海流的作用显著增大系泊系统破断后漂浮式风机的漂移距离；极端停机工况下，半潜式基础纵荡和横荡平均漂移距离最大可达452.46 m和2.13 m。此外，动态海缆在漂浮式风机产生较大偏移后，弯曲曲率会超过其限值，极易发生破断失效，导致风机停机。

关键词：漂浮式风机系泊系统破断一体化分析运动响应系泊张力动态海缆

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泥沙起动参数评析

泥沙研究 2024年

作者：程年生陆呈啸卢叶盛郑柯祺浙江大学海洋学院

泥沙起动的临界条件可以采用水动力参数（如水流速度、床面剪切应力）或输沙参数（如运动概率、推移质输沙率）进行描述，理论上可以从单颗粒或群体颗粒层面进行分析。目前的研究表明：通过单颗粒受力分析所获得的起动条件，因包含一系... 详细信息

泥沙起动的临界条件可以采用水动力参数（如水流速度、床面剪切应力）或输沙参数（如运动概率、推移质输沙率）进行描述，理论上可以从单颗粒或群体颗粒层面进行分析。目前的研究表明：通过单颗粒受力分析所获得的起动条件，因包含一系列待定参数，难以直接用于实际计算；利用推移质输沙率可以定量地确定泥沙起动条件，但必须选取适当的无量纲参数；与常用的Einstein数?不同，无量纲输沙率W*反映了床面泥沙颗粒的运动概率的大小，其起动临界值与床面性质（光滑或粗糙）无关，可取为常数，由此获得的起动切应力变化规律与Shields曲线基本一致。

关键词：泥沙起动 Shields曲线起动概率起动输沙率

叶尖侧斜与纵倾耦合对Kappel螺旋桨水动力性能的影响

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上海交通大学学报 2024年

作者：陈振纬陆家林陈旭鹏浙江大学海洋学院

为探究叶尖侧斜与纵倾对Kappel螺旋桨水动力性能的耦合影响，应用四阶B样条方法，设计改变Kappel螺旋桨侧斜和纵倾的径向分布，构建8型螺旋桨；采用SST k-ω+γ转捩湍流模型进行仿真，并以Kap509螺旋桨来验证仿真的精确性，CFD仿真计算... 详细信息

为探究叶尖侧斜与纵倾对Kappel螺旋桨水动力性能的耦合影响，应用四阶B样条方法，设计改变Kappel螺旋桨侧斜和纵倾的径向分布，构建8型螺旋桨；采用SST k-ω+γ转捩湍流模型进行仿真，并以Kap509螺旋桨来验证仿真的精确性，CFD仿真计算得到的螺旋桨敞水效率与EFD结果相比偏低1.06%～2.50%。研究发现，在J=0.8附近，除常规端板螺旋桨外，Kap01系列螺旋桨效率均对应超过Kap02系列螺旋桨效率，平均提高3%，其中以侧斜为24°时的情况最突出，效率提升幅度达4.78%；在J=0.9～1.0时，螺旋桨效率随着侧斜的增大而升高。在低纵倾分布的下，适当提高螺旋桨的叶尖侧斜，两参数的耦合作用，可强化Kappel螺旋桨的端板效应，从而提升Kappel螺旋桨的推进性能。

关键词： Kappel螺旋桨侧斜纵倾水动力性能计算流体力学

高桩码头区域波流耦合泥沙冲淤模拟及动力特性分析——以宁波穿山港为例

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海洋工程 2024年

作者：李立杰张一鸣李薇胡鹏浙江大学海洋学院

建立了水沙床全耦合的波流耦合数学模型，以探究近海码头区域波流共同作用下动力地貌演变。根据码头区域和码头附近海域实测数据对模型进行了潮位、流速和淤积速率/含沙量验证，验证结果较吻合。分析了码头区域的水动力和泥沙输移特性... 详细信息

建立了水沙床全耦合的波流耦合数学模型，以探究近海码头区域波流共同作用下动力地貌演变。根据码头区域和码头附近海域实测数据对模型进行了潮位、流速和淤积速率/含沙量验证，验证结果较吻合。分析了码头区域的水动力和泥沙输移特性，揭示了常态条件下码头的群桩阻流特性及后方回淤机理，探究了极端条件下码头的冲淤演变规律。模拟结果分析表明：码头区域潮汐动力作用显著，在常态天气下是码头冲淤的主要控制因素，冲刷主要发生于涨潮期，淤积主要受落潮期控制；台风天气下，强波流相互作用可能导致码头区域短期内剧烈冲淤，台风期间，码头下方强烈冲刷，后方轻微冲刷，台风后，码头逐渐回淤；码头群桩显著影响码头区域的水沙动力及地形冲淤过程，群桩阻力降低潮流动力强度，码头区域淤积增强。

关键词：地形冲淤波流耦合泥沙输移数值模拟群桩阻流特性

波-流联合作用下的方箱-墙面系统水波共振研究

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华中科技大学学报(自然科学版) 2024年

作者：王赤忠杨书恒郑宇谦浙江大学海洋学院

本文采用开源软件OpenFOAM中的两相流求解器interFoam对波-流联合作用下方箱-墙面系统窄缝内的水波共振问题进行了数值模拟，分析流速、入射波波高以及窄缝间距对窄缝内水波共振的影响。通过改变流速、入射波波高和窄缝间距来研究窄缝... 详细信息

本文采用开源软件OpenFOAM中的两相流求解器interFoam对波-流联合作用下方箱-墙面系统窄缝内的水波共振问题进行了数值模拟，分析流速、入射波波高以及窄缝间距对窄缝内水波共振的影响。通过改变流速、入射波波高和窄缝间距来研究窄缝内波高和作用在方箱上的水动力峰值的变化，揭示了波高和水动力峰值随这些参数变化的规律。部分计算结果和相关文献进行的比较验证了本文的数值模型是可靠的。研究发现：随着流速增大，共振时对应的无因次波数kh变小，而窄缝内波高和作用在方箱上的水平水动力峰值明显增大；入射波波高对共振频率影响较小，而随着入射波波高变大，窄缝内波高最大值、水平力和垂向力最大值则总体变小；随着窄缝间距变大，共振时的无因次波数变小，波高最大值和水平力最大值则减小。

关键词：波-流-体相互作用狭缝水波共振粘性数值水槽 OpenFOAM

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基于深度学习的活塞式造波机传递函数获取

海洋工程 2024年

作者：魏唯嘉赵西增谢玉林邓龙赐许诺浙江大学舟山海洋研究中心浙江大学海洋学院

活塞式造波机广泛应用于波浪水槽中，但由于造波边界的复杂性，其造波传递函数的推导较为困难。基于深度学习技术，提出一种可适用于任意形状活塞式造波机的传递函数获取方法，具体通过收集造波过程中的流场数据训练神经网络，建立造波... 详细信息

活塞式造波机广泛应用于波浪水槽中，但由于造波边界的复杂性，其造波传递函数的推导较为困难。基于深度学习技术，提出一种可适用于任意形状活塞式造波机的传递函数获取方法，具体通过收集造波过程中的流场数据训练神经网络，建立造波机运动速度与造波过程流场变量之间的映射关系，从而拟合出该造波机的传递函数，通过引入流体质量守恒约束项，提高神经网络的物理可解释性；并通过基于OpenFOAM的数值波浪水槽与自主搭建的物理波浪水槽，开展规则波、孤立波与畸形波的造波模拟，验证该传递函数的有效性。结果表明，深度学习能够降低活塞式造波机的传递函数推导难度，并实现不同类型波浪的水槽造波。

关键词：造波机活塞式深度学习传递函数物理约束