重力式養(yǎng)殖網(wǎng)箱及其錨泊系統(tǒng)耐流特性的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著世界人口的持續(xù)增長(zhǎng)和漁業(yè)資源量的不斷下降，水產(chǎn)品的供給問題日趨嚴(yán)重，發(fā)展海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)成為實(shí)現(xiàn)漁業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，并將在改善水產(chǎn)品供應(yīng)方面發(fā)揮越來越重要的作用。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(duì)實(shí)際養(yǎng)殖生產(chǎn)造成嚴(yán)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(guó)深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。 本文利用

2、有限元法建立網(wǎng)箱在流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模型，用Newton-Raphson解法進(jìn)行數(shù)值求解，計(jì)算了不同流速下網(wǎng)箱的形態(tài)、網(wǎng)箱整體阻力、網(wǎng)箱容積的損失率和錨泊纜繩的張力。通過對(duì)網(wǎng)箱浮框固定不動(dòng)和網(wǎng)箱浮框由纜繩通過錨泊固定在海底兩種不同約束條件下的計(jì)算與比較，驗(yàn)證了數(shù)值模型和計(jì)算方法的實(shí)用性和較好的解的穩(wěn)定性與收斂性，本方法通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以為實(shí)際網(wǎng)箱設(shè)計(jì)計(jì)算提供理論方法。 其次，在通常的網(wǎng)箱靜水池模型實(shí)驗(yàn)中，只能采取固定網(wǎng)箱框

3、架，拖動(dòng)網(wǎng)箱在水體中運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行水動(dòng)力和網(wǎng)箱形態(tài)變化的實(shí)驗(yàn)，是對(duì)實(shí)際網(wǎng)箱錨泊狀態(tài)的一種不得已的近似。而即使采用動(dòng)水池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于水池的尺度所限，根據(jù)目前的實(shí)驗(yàn)條件，也往往很難對(duì)網(wǎng)箱的錨泊系統(tǒng)進(jìn)行較大尺度的測(cè)試。本研究利用數(shù)值模擬的方法對(duì)上述不同實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析比較，對(duì)簡(jiǎn)化錨繩約束條件下網(wǎng)箱耐流特性常規(guī)靜水池試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行了評(píng)估，驗(yàn)證了常規(guī)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)方法的司行性。 第三，計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，不同的沉力配備對(duì)網(wǎng)箱的容

4、積變化有顯著影響。沉力越大，網(wǎng)箱的容積損失率越小。但是，網(wǎng)箱的容積損失率越小，其迎流面積必然增大，網(wǎng)箱的整體阻力也隨之越大，因此網(wǎng)箱的阻力隨著配重的增加而增大，數(shù)值結(jié)果可以為網(wǎng)箱錨泊的半經(jīng)驗(yàn)半理論設(shè)計(jì)提供有用的設(shè)計(jì)參數(shù)。 第四，利用虛擬的數(shù)值模擬方法在一定程度上替代模型實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，既可以大幅度地節(jié)省工程設(shè)計(jì)費(fèi)用，縮短設(shè)計(jì)周期，又可以獲得許多實(shí)際實(shí)驗(yàn)難以得到的數(shù)據(jù)和信息。例如，利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)箱變形的3