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方形金属框架鲆鲽类网箱水动力学特性研究

崔勇  
【摘要】:鲆鲽类网箱养殖是近年来发展起来的1种节能型生态养殖模式。由于鲆鲽鱼类的栖底习性,目前用于海上养殖的网箱多为方形平底结构,其水面框架由金属管材制成,底部配有张紧绳索的框架以支撑底部网衣。在海上养殖中,鲆鲽类网箱在水流和波浪的作用下会产生变形,特别是网箱的底部在波流的作用下极易发生倾斜、摇摆和震动,这对鲆鲽鱼类的养殖危害极大。因此,为确保网箱设施的安全和稳定,必须对波流作用下鲆鲽类网箱的水动力学特性开展研究。本论文研究依托于国家“863”计划、鲆鲽类产业技术体系和国家自然科学基金项目。 本研究通过水槽模型实验的方法,分别研究鲆鲽类网箱在水流、波浪以及波流联合作用下的水动力学特性。选取了不同的网箱底框架结构、不同的网目形状与不同规格大小的网箱进行对比分析,以期为网箱结构优化设计提供理论依据。此外,在数值模拟中,本文基于ANSYS提供的参数化建模技术,利用APDL语言开发出适合于鲆鲽类网箱结构分析的专用程序,对波流场中网箱整体结构进行了动力分析。通过将水槽实验结果与模拟结果对比分析,验证了数值模拟方法的可靠性。通过研究发现: 1.单纯水流作用下,网箱底框架最大倾角与迎流面锚绳最大张力均随流速的增加而增大。3种不同重量底框架的网箱迎流面锚绳最大张力随底框架重量的增加而增大。方形网目网箱的底框架最大倾角随流速增加几乎没有改变。当改变网箱规格时,大规格网箱的迎流面锚绳最大张力大于小网箱,但大规格的网箱相比小网箱具有更好的稳定性。 2.单纯波浪作用下,网箱底框架最大倾角与锚绳张力随周期、波高的增加而增大。改变底框的重量对底框倾角的影响明显,且重量越大网底结构越稳定;改变网目形状对网箱的影响较明显,且综合比较方形网箱更合理;改变网箱大小对网箱的影响较明显,且综合比较大网箱更合理。在波浪作用的数值模拟中,采用线性波浪理论得到的模拟值比斯托克斯5阶波浪理论更加接近实验值。 3.波流联合作用下,改变底框的重量对浮架和底框的倾角影响明显,底框越重倾角越小。改变网目形状对网箱运动受力的影响较明显,且综合比较方形网箱更合理;改变网箱大小对其运动受力的影响较明显,且综合比较大网箱更合理。其次,通过2种不同的波流相互作用模式对网箱运动受力进行了数值模拟,结果显示差别不明显。通过数值模拟还可发现,当水流入射方向与波浪成一定角度时,网箱底框架的最大倾角与迎波面锚绳最大张力均随波流夹角的增加而减小。


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