重力式養(yǎng)殖網(wǎng)箱耐流特性的數(shù)值模擬及仿真.pdf

1、隨著人們對于魚類蛋白質(zhì)需求的不斷增長以及海洋漁業(yè)資源尤其是近海漁業(yè)資源的日益衰退，海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)得到迅速發(fā)展，并正成為海洋漁業(yè)的一個新的增長點。然而，由于外海水域海況復(fù)雜，海流流速和風(fēng)浪大等原因，深水養(yǎng)殖網(wǎng)箱抗風(fēng)浪能力及其在海流作用下變形而導(dǎo)致的網(wǎng)箱養(yǎng)殖空間的急劇減少，對實際養(yǎng)殖生產(chǎn)造成嚴重影響。因此，深水網(wǎng)箱抗風(fēng)浪和耐流技術(shù)的解決已成為制約我國深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的主要工程技術(shù)瓶頸。 本文提出了一種基于有限元原理的用于評價養(yǎng)殖網(wǎng)

2、箱耐流特性的計算機數(shù)值模擬方法，把網(wǎng)箱上網(wǎng)衣網(wǎng)目的目腳和繩索看成是只能承受拉力的桿單元，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的最小位能原理，建立了網(wǎng)箱在水流中的響應(yīng)的基本方程式，利用Newton-Raphson解法，給出了數(shù)值迭代格式。依據(jù)文獻[7]和[32]，對若干網(wǎng)箱模型在不同流速下網(wǎng)箱的形態(tài)、網(wǎng)箱整體阻力和網(wǎng)箱容積的損失率進行了數(shù)值計算，并與現(xiàn)有文獻的實驗結(jié)果做比較，驗證了數(shù)值模型的可靠性和實用性。結(jié)果表明，計算機模擬結(jié)果可以正確反映網(wǎng)箱在水流中的響應(yīng)特

3、性，具有較好的解的穩(wěn)定性和收束性，本方法通過進一步的實驗驗證，可以為實際網(wǎng)箱設(shè)計計算提供理論方法。 其次，由于網(wǎng)箱系統(tǒng)規(guī)模大，對其進行常規(guī)的模型實驗與現(xiàn)場觀測難度較大，因此，利用虛擬的數(shù)值實驗方法在一定程度上替代模型實驗和現(xiàn)場試驗，既可以大幅度地節(jié)省工程設(shè)計費用，縮短設(shè)計周期，又可以獲得許多實際實驗難以得到的數(shù)據(jù)和信息，因此，本方法可以為網(wǎng)箱優(yōu)化設(shè)計提供簡便經(jīng)濟的數(shù)值試驗工具。 第三，數(shù)值計算結(jié)果可以通過計算機圖形技術(shù)，

4、在計算機上實現(xiàn)3D虛擬呈現(xiàn)，并能根據(jù)需要對網(wǎng)箱的任意部位進行放大觀測。此外，還可以根據(jù)單元張力的大小在計算機上利用不同的顏色，對網(wǎng)箱任意部位的張力分布情況進行虛擬呈現(xiàn)，此結(jié)果可以為網(wǎng)箱的材料選擇提供其它觀測手段無法提供的數(shù)值依據(jù)。 第四，計算機模擬結(jié)果的精確性和單元的劃分有關(guān)，單元劃分的越多，計算結(jié)果就越精確。但單元的劃分往往受到計算機硬件運算速度和時間花費的限制，經(jīng)過本文計算機模擬值和實驗值的比較驗證，網(wǎng)目群化的方法是可以用于