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深水重力式网箱水动力特性数值模拟研究

赵云鹏  
【摘要】: 由于近海海洋环境破坏严重,养殖区环境污染和病害问题日趋突出,导致养殖鱼类品质下降,死亡率不断增高。为此,将网箱养殖业从内湾、近海向外海或深海发展已成为一种必然选择。然而外海水域的海况复杂,深水区浪高、流急,网箱系统必须有抵抗大浪、强流的能力。这也使深海网箱抗风浪和耐流技术的解决成为制约深水网箱养殖的主要技术瓶颈,而深水网箱水动力特性研究是解决这一技术瓶颈所必需的基础性研究。 本文采用集中质量方法和刚体运动学原理来建立数学模型,利用数值模拟的方法对重力式网箱在波浪、水流以及波流联合作用下的水动力特性进行系统研究。以期依据计算机模拟结果,在一定程度上代替传统的模型试验和海上实际观测,以达到节省网箱设计费用,缩短设计周期的目的,从而为解决制约网箱发展的主要技术瓶颈提供工程理论和技术方法。本文研究工作依托于国家自然科学基金项目和863计划合作项目。 研究论文共包含七部分:第一部分为绪论,主要介绍深水网箱养殖产业及相关学科研究的现状和进展。第二部分为基本理论与数学模型的介绍,着重分析了重力式网箱主要组成部件数学模型的建立和整体网箱模拟计算流程,此部分是后面模拟工作的基础。第三部对平面网衣系统在波浪、水流作用下的水动力特性进行了数值模拟研究,并利用模型试验结果对计算结果进行了验证。第四部分对水流作用下整体网箱的水动力特性进行了模拟研究。在物理模型试验验证的基础上,分析了配重系统,网衣网目形状和网筒形径高比对重力式网箱变形和受力的影响。第五部分对单纯波浪作用下整体网箱的水动力特性进行了模拟研究,同时对网箱数值模拟中波浪理论的选择问题进行了讨论。第六部分对波浪水流联合作用下整体网箱的水动力特性进行了数值模拟研究,并利用模型试验对计算结果进行了验证。第七部分对重力式网箱下潜后的水动力特性进行了数值模拟研究,并分析了波浪作用下,下潜深度对网箱锚绳受力的影响。在文章最后对本文取得的主要研究成果进行了总结,同时对今后网箱水动力研究发展进行了展望。


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