海上養(yǎng)殖網(wǎng)箱內(nèi)部及周?chē)鲌?chǎng)特性研究.pdf

1、浩瀚的海洋蘊(yùn)藏著豐富的海洋生物資源，合理開(kāi)發(fā)利用海洋已成為解決因人口增長(zhǎng)而帶來(lái)的資源短缺問(wèn)題的重要出路。近年來(lái)海洋捕撈產(chǎn)量逐漸趨于停滯，為了滿足全球?qū)．a(chǎn)品的需求，海水養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展。然而，由于近海養(yǎng)殖活動(dòng)已超過(guò)了生態(tài)環(huán)境的承載量，發(fā)展離岸深水養(yǎng)殖已成必然。網(wǎng)箱的水動(dòng)力特性問(wèn)題是關(guān)乎海上養(yǎng)殖網(wǎng)箱設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)的關(guān)鍵性問(wèn)題。其中，網(wǎng)箱內(nèi)部及其周?chē)牟鲌?chǎng)特性更是與養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)、網(wǎng)箱設(shè)施及周?chē)h(huán)境密切相關(guān)。離岸養(yǎng)殖網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)雖然龐大，但其網(wǎng)

2、衣、浮架等構(gòu)件相對(duì)而言仍屬于小尺度漂浮柔性結(jié)構(gòu)物，這類(lèi)結(jié)構(gòu)物與水流和波浪的相互作用機(jī)理復(fù)雜。盡管在過(guò)去的幾十年中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們已針對(duì)網(wǎng)箱的水動(dòng)力特性問(wèn)題開(kāi)展了大量的研究。然而迄今為止，仍有很多基礎(chǔ)性技術(shù)問(wèn)題需要深入、系統(tǒng)地研究。
　　本文主要利用物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，對(duì)海上養(yǎng)殖網(wǎng)箱內(nèi)部及周?chē)鲌?chǎng)展開(kāi)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)采用粒子圖像測(cè)速(PIV)技術(shù)對(duì)網(wǎng)衣周?chē)鲌?chǎng)的空間分布進(jìn)行了研究。利用PIV技術(shù)分

3、析了網(wǎng)衣周?chē)骋惶卣髅嫔系牧魉偈噶糠植继匦?，并與ADV流速儀對(duì)若干特征點(diǎn)處的測(cè)量結(jié)果相結(jié)合，系統(tǒng)地討論了網(wǎng)衣密實(shí)度、網(wǎng)衣傾角、網(wǎng)衣間距和網(wǎng)衣數(shù)目等因素對(duì)網(wǎng)衣周?chē)鲌?chǎng)的影響。探明了網(wǎng)衣下游的流速衰減規(guī)律，為研究網(wǎng)箱內(nèi)部及周?chē)鲌?chǎng)奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)建立了模擬網(wǎng)衣動(dòng)態(tài)響應(yīng)與流場(chǎng)變化的流固耦合模型。該模型通過(guò)將計(jì)算網(wǎng)衣周?chē)鲌?chǎng)的多孔介質(zhì)模型和計(jì)算網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變形集中質(zhì)量模型交替迭代求解，實(shí)現(xiàn)水流作用下柔性網(wǎng)衣周?chē)鲌?chǎng)與網(wǎng)衣運(yùn)動(dòng)變形的

4、耦合計(jì)算。首先采用該模型對(duì)水流作用下的單片以及雙片平面網(wǎng)衣模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將數(shù)值模擬結(jié)果與相應(yīng)的物理模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果表明該模型具有較高的計(jì)算精度。與以往的單純模型相比，本模型對(duì)網(wǎng)箱的受力、網(wǎng)箱內(nèi)部以及周?chē)鲌?chǎng)的計(jì)算精度有了較大提高。在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同流速工況下單體網(wǎng)箱、不同配重模式的單體網(wǎng)箱以及組合式網(wǎng)箱內(nèi)部及其周?chē)鲌?chǎng)進(jìn)行了分析，揭示了網(wǎng)箱內(nèi)部及其周?chē)鲌?chǎng)的分布規(guī)律。
　　(3)首先采用物理模型實(shí)驗(yàn)對(duì)網(wǎng)箱對(duì)波

5、浪的阻尼作用進(jìn)行研究，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了波浪周期、波高、網(wǎng)箱個(gè)數(shù)、網(wǎng)衣密實(shí)度、測(cè)點(diǎn)位置和網(wǎng)箱形狀等參數(shù)對(duì)網(wǎng)衣阻尼作用的影響。通過(guò)對(duì)基于網(wǎng)衣目腳直徑的雷諾數(shù)的分析，判定模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)原型網(wǎng)箱的適用性。其次建立了模擬網(wǎng)衣與波浪相互作用的數(shù)值模型，并將數(shù)值模擬結(jié)果與對(duì)應(yīng)的物理模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。利用該數(shù)值模型計(jì)算網(wǎng)箱周?chē)ɡ藞?chǎng)（波高、水質(zhì)點(diǎn)速度）的分布特性，為物理模型實(shí)驗(yàn)中浪高儀測(cè)定的離散的數(shù)據(jù)提供補(bǔ)充。本部分通過(guò)研究模型網(wǎng)箱對(duì)波浪的阻