封闭式深远海养殖综合试验平台设计研究

目前我国海水养殖产业有了长足发展,但仍存在结构不尽合理、环境污染等问题,距离工业化、智能化仍存在很大差距(崔铭超等,2023)。养殖工船凭借其可游弋性能够寻找更适合鱼生长的水质环境,降低养殖病害风险,提高养殖产品的品质,成为深远海养殖产业的重要组成部分,越来越受到各方的关注。20世纪80年代,养殖工船的概念已被提出,并持续开展相关的理论及实践探索;2022年,第一艘养殖工船“国信1号”建成并成功运营,验证了其是一种安全可行的深远海养殖模式(徐皓等,2023)。

深远海养殖装备系统方案研究

随着海洋捕捞产量的萎靡、近海生态系统的恶化,人们对健康绿色海产品的需求不断增长,促使了海洋养殖业逐渐迈入深蓝海域,国际社会对开发大洋渔业资源的竞争将变得越来越激烈。利用深远海优质水资源大批量养殖良好经济效益鱼类的深远海养殖,是拓展养殖区域、提高海产品产量的重要方式。通过对现有几个比较成功案例的回顾和比较,针对海上运输业萧条、运输船队过剩等现况,利用项目前期成功经验,对一条30万吨级的矿砂船改造为养殖工船展开技术研究:改造其船体结构,规划养殖方案,设计养殖配套的鱼群调拨、深层测温取水、投饲、排污换水、起捕等系统。总结并归纳待解决的问题,以推动深远海养殖可应用可复制可推广,为构建深蓝渔业战略提供参考。

渔船主机尾气吸收式制冷装置研究

主机尾气制冷装置将渔船推进柴油机尾气热能回收转换为给鱼舱渔获物冷藏的冷能,在不增加能耗的基础上提高渔获物保鲜品质,减轻渔民工作负荷,符合国家节能降耗的政策方针。根据目标渔船船型与设备参数,设计了一套实用型渔船氨水吸收式制冷系统,利用热力学基本定律,建立数学模型,分析制冷系统各状态点参数,结合能量守恒和质量守恒定律,计算出整套系统的性能指标,最终得到发生器热负荷、溶液泵和冷却水等参数变化时制冷量和制冷系数的变化规律。装置经过多航次实船运行验证,制冷效果显著;而系统的能量利用效率偏低,有待后续借助模型量化参数后改进提高。

基于CFD的不同通风结构下渔船机舱通风系统性能分析

由于一些渔船机舱高度受限,通风管路中不可避免有结构加强筋,加强筋型式、高度,通风栅的数量、位置等均会对风管内流场产生影响,从而影响通风效果的好坏。针对某型远洋渔船机舱通风系统,基于计算流体力学(CFD)数值方法对机舱左右舷风管进行模拟仿真,研究了气流场与加强筋和通风栅的相互关系,考虑了气流在障碍或发散流动中的运动特性。结果显示:普通加强筋、增设导流板隔开加强筋及增设隔板隔开加强筋3种不同型式对风管流场影响各不相同,内表面平滑的风管流态最流畅;风管入口和风管端口处的通风栅会较大程度上降低其他通风栅的风速;风管内结构高度的增加会引起流态的紊乱、降低风速、加大各通风栅风速的不均衡。研究结果可为渔船机舱通风系统设计优化提供参考。

催化剂对船用柴油机SCR脱硝反应效率影响的数值研究

文章运用商用软件Star CCM+对某船用柴油机不同工况下尾气脱硝反应进行了数值模拟,并研究了催化剂厚度、层数对SCR脱硝反应效率的影响。将各工况下NO转化效率的计算值和试验值进行对比,验证了方法的有效性;进而研究了催化剂厚度和层数对NO转化效率的影响。结果表明,NO转化效率随催化剂厚度的增大而增大,但过大的催化剂厚度会对反应釜流场产生较大阻滞作用,合理布置催化剂层数有助于提高NO转化效率。

深远海养殖平台的电力推进应用研究

在海洋捕捞产量逐年减少的情况下,海洋品的供应将主要依赖水产养殖业的发展。我国近岸海域水土资源有限且受水质状况的限制,深远海水域却拥有着优质的水源、适宜的洋流性水温等得天独厚的优势,是发展现代水产养殖业和海洋经济的新空间,也是推进国家海洋战略的重要组成部分。深远海养殖平台是一种集深远海养殖、鱼苗培育、科考研究、渔获物初加工,渔船补给等功能于一身的整体解决方案。根据养殖平台的运行要求,结合电力推进系统的特点,创新性地将电力推进应用在这种大吨位、无动力定位、需跨洋作业的工作母船上。首先分析了电力推进在该养殖平台上应用的优劣势;并根据其实际运行工况,对在其上的电力推进系统配备设计方案;最后通过使用ETAP软件分析验证该方案的潮流、短路电流以及谐波,确定方案的可行性。

基于神经网络的拖网渔船主机功率估算技术研究

针对目前渔船存在的“大机小标”问题,本研究探索出一种拖网渔船主机额定功率估算的方法,用于判断主机是否符合规范。通过收集的42条实际运行渔船船型参数和主机额定功率数据,运用神经网络算法,成功建立船型参数和主机额定功率之间的预测模型,并运用该模型对现有拖网渔船的主机额定功率进行估算,将估算功率和实船主机额定功率对比,验证预测模型的有效性。研究结果表明,该估算方法能够有效估算拖网渔船主机额定功率,运用该预测模型,能够检验拖网渔船主机是否满足政策相关规范要求。

外载荷作用下拦阻网的受力分析

为防止深海养殖场遭到船舶、漂浮物和鲨鱼等外来物体的冲撞,通常会在渔场外围设置拦阻网,以保护渔场设施和养殖鱼类。针对船舶误闯渔场区撞击拦阻网横梁或网绳的情况,基于显式动力学分析理论并采用ANSYS/LS-DYNA程序,通过建立拦阻网简化模型、划分网格和计算分析等,对拦阻网支撑梁结构和拦阻网绳强度进行评估,为拦阻网具体设计提供一定的理论基础。

工船养殖集中控制系统研发与应用

随着海洋工程装备与养殖技术的不断融合,养殖工船已成为中国现阶段深远海重要的养殖平台之一。为了实现对深远海养殖工业化生产的过程管控,满足实时监测和自动控制;针对工船的特点及养殖需求,基于深远海养殖基本流程,通过分析养殖集控系统功能,构建信息层、管理层、控制层和设备层的四层网络构架,配备冗余服务器和控制器等硬件设施,针对性地开发自动阀控、溶氧自动调节和海水泵故障自动处理等控制逻辑,编写上位机界面,研发了一套工船集中控制系统,实现了对养殖参数的监测和集中显示、水体交换和溶氧的自动控制以及生产管理等功能,并经过了实船验证,极大地减轻了人员作业负荷,减少了人为出错概率,保障了养殖生产的正常开展。

中国深远海养殖装备发展探议及思考

深远海养殖是拓展水产养殖发展新空间、减轻近海生态环境压力的重要途径,对实现水产养殖提质增效、实现渔业现代化、保障世界食物安全和水产养殖业可持续发展具有重要意义,而深远海养殖装备与技术是支撑和实现深远海养殖发展壮大的关键。文章简要介绍了国内外大型桁架式养殖网箱和深远海养殖工船的研究应用现状,指出中国深远海养殖与国外渔业发达国家相比在机械装备自动化、智能化方面仍有较大差距。主要探讨了大型桁架式养殖网箱和深远海养殖工船当前面临的主要问题和未来的研究发展方向,并对未来深远海养殖的发展做了相应的探议及思考,特别是对深远海养殖装备的发展定位、功能拓展、科技支撑等进行了探索和建议。本研究以期为中国深远海养殖装备与技术研发及未来海洋建设提供参考。

动态边界粒子SPH法在养殖工船横摇液舱晃荡模拟中的应用比较

为研究养殖工船养殖舱晃荡现象对舱壁结构强度和养殖安全的影响,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH法)对横摇激励下养殖工船养殖水舱的轻微晃荡和剧烈晃荡进行数值模拟,通过引入动态边界粒子法解决SPH法固壁边界上或边界附近的粒子截断误差影响精度问题,并对动态边界粒子两种处理方法模拟结果与相关文献进行了对比分析,验证数值方法的有效性。结果显示:该方法可靠有效,适用于模拟养殖水舱晃荡时自由液面翻卷、破碎现象;对于轻微液舱晃荡现象,相比于边界粒子运动法,边界粒子固定不动法具有更高的计算精度;对于剧烈液舱晃荡现象,边界粒子运动法和边界粒子固定不动法则均能有效的数值模拟。本研究成果对于养殖工船养殖水舱晃荡现象数值模拟提供参考。

规则波下船体阻力特性计算

采用计算流体力学方法,基于VOF多相流模型,对绕S60船型的自由液面流动进行模拟。考虑S60船型以不同的速度在静水面中的运动阻力特性,计算得到的阻力系数与试验值相比,误差小于1%,验证了计算方法的准确性和可靠性。计算S60船型在不同参数的规则波浪中的运动阻力,得到了9个工况下的阻力系数均大于静水面中运动的阻力系数。在波高为0.05 m和0.15 m时,S60船型在3个不同波长的规则波浪中运动时的波高大于静水中运动时的船体波高,且S60船型在规则波浪中运动的船体波高曲线图均呈现出两边高、中间低的规律。当波高H=0.25m时,3个波长下船体表面的波高在船首位置均明显高于静水面工况,而船尾的差异则不明显。

渔船冷藏鱼舱蒸发盘管传热特性仿真研究

冷藏鱼舱内的制冷通常采用蒸发盘管形式,由于吸收式尾气制冷装置的制冷功率受限于渔船主机功率,为保证渔获物得到足够的冷量,应对鱼舱内的蒸发盘管布置进行优化。利用专业多物理场仿真软件,根据上海市36 m标准化桁杆拖网渔船冷藏鱼舱的实际布置和装载情况,基于氨-水吸收式制冷方式,对渔获物模型简化、多种盘管布置下的温度场分布、蒸发温度对温度场的影响等方面开展研究,对比研究蒸发盘管总长不变的情况下分别布置在鱼舱顶部、侧壁以及顶部与侧壁3种方式下的制冷效果,结果表明盘管全布置在舱顶对中心渔获物冷却效果最好。

渔船主机余热驱动的氨水吸收式制冷装置制冷循环分析

为解决中国机动渔船普遍存在的燃料利用率低和渔获物保鲜能力不足问题,研究了一种通过回收渔船尾气中的余热来驱动制冷循环的氨水吸收式制冷装置。基于Aspen Plus软件建立了制冷循环模型,并分别对目标制冷量为15 kW、20 kW和25 kW的3个制冷循环过程进行了仿真计算。结果显示:在目标制冷量为20 kW和25 kW时,当制冷工质流量增至某一范围内时,尾气所能提供的热量无法使制冷工质析出足量的纯氨以满足制冷要求,发生器热负荷出现平直段,此时制冷系数曲线处于"低洼"阶段,对于整个制冷系统,其经济性、热效率均处于不利阶段,在实际运行中应当予以回避。在目标制冷量为15 kW和20 kW的两个循环中,制冷系数和实际制冷量在尾气流量较大时出现陡增趋势,不利于系统的可靠性和经济性,在实际运行中应进行适当控制。本研究为渔船尾气利用提供一种参考。

渔船氨水吸收式制冷系统氨液流动分析

主机尾气热能制冷一方面能够为渔获物的保鲜提供所需冷量,另一方面能够在降低尾气排放温度的同时,节省大量能源消耗。明确主机余热吸收制冷过程,有助于为渔业发展和环保节能提供必要的参考。针对10 kW目标制冷量的渔船主机尾气吸收式制冷装置,利用化工过程模拟软件Aspen Plus建立仿真模型,对装置制冷过程中的氨液流动进行分析计算,获取溶液泵和冷却泵的性能参数。过程中发现,纯氨析出量是影响制冷量的直接因素,而其又受到发生器热负荷和溶液泵功率等因素的影响;通过控制溶液泵的功率可以减缓发生器热负荷的波动对氨液循环的影响,稳定系统制冷量;对于该仿真模型,当溶液泵流量在355~455 kg/h范围内时,系统可获得最优制冷效果;把吸收器中热量顺利带走是系统制冷循环运行的保障。

渔获物冰浆保鲜流动传热分析

国内渔船出海作业一般采用碎冰对渔获物进行保鲜,不但传热效果差,而且碎冰的尖角经常会刺破鱼体,保鲜效果较差。由于冰浆具有良好的流动性和较大的蓄冷密度,因此在渔获物保鲜中具有良好的应用前景。基于动力学理论的欧拉双流体模型,利用粒子流与传热传质模型相结合的方法,研究了冰浆的流动和传热特性,在采用文献数据对计算模型进行验证后,对水平方管内冰浆与渔获物的流动传热进行了计算研究,对比分析了水平方管内的冰浆在不同入口体积分数、不同流动速度下与方形渔获物的传热情况。结果显示,冰颗粒的分布情况是影响其与渔获物表面传热的主要因素,随着冰颗粒入口体积分数的提高,渔获物上表面与侧面的热通量整体有所增大;随着入口冰颗粒体积分数的增大,其在渔获物表面的分布趋于均匀。同时发现,适当提高流动速度可以增大渔获物表面冰颗粒的体积分数,从而增加表面热量交换。

10万吨级养殖工船养殖舱水体噪声数值计算

某10万吨级养殖工船目标养殖鱼种大黄鱼对中频段噪声敏感度较高,为保障大黄鱼在工船中健康高效生长,对该养殖工船养殖舱水体噪声进行分析评估。采用有限元和边界元法,基于Virtual Lab声学分析平台对典型养殖舱内水体进行声学建模、激励加载和计算分析。结果显示,在航行工况下,7号、8号养殖舱平均水体噪声曲线峰值约为183d B,1号养殖舱水体噪声平均曲线峰值约为171d B,均高于大黄鱼健康生长水体噪声限值150 dB。针对该问题,对工船主要设备及舱室进行了减振降噪处理,并对处理后的养殖舱水体噪声进行数值计算,经减振降噪处理后的养殖舱水体噪声可满足大黄鱼健康生长要求。

渔船结构设计标准化及规范化研究

随着科技的不断发展和渔船设计项目数量的逐年增加,在标准和规范的不断更新,渔船设计送审周期缩短、设计任务交叉繁杂的新形势下,设计人员为与时俱进,已开始提高设计效率,缩短专业沟通和资料互享时长。与各大设计单位合作的过程中,存在绘图标准不一致,打印及叠图不规范等问题;在审图和施工过程中,审图部门和船厂对标准化工作逐渐重视,以往未提过的意见现在需反复沟通修改,直至达成共识,造成项目关键时间节点被延误,付出巨大代价。鉴于此,本研究在设计过程中不断改进、论证、归纳和总结,利用三维设计软件,运用QP系统结合ISO9001质量管理体系,得出适合当下渔船结构设计的标准化和规范化设计流程,并将其应用在近几年渔船结构设计中,可降低错漏率,显著提高图纸质量和工作效率,用户满意度提升。本研究结果可为审图和施工标准化工作提供数据参考,也可供其他专业参考执行。

某型深远海养殖工船电力推进系统设计

针对某型深远海养殖工船电力推进系统,根据养殖工船生产模式的特点,融合养殖系统电力负荷,开展交流电力推进系统设计。通过设计电力推进系统、电站功率管理系统和电力推进监测报警系统,实现该型养殖工船动力系统和供电系统与养殖系统动力载荷的优化匹配;构建具有适渔性、可靠性和经济性等特点,具有较高推进系统和供电系统自动化管理水平的养殖工船电力推进系统和谐波抑制方案。对养殖工船各工况下的电网谐波进行分析,验证该电力推进系统技术的可行性,并提出优化建议。

养殖工船系统构建与总体技术探讨

随着社会经济发展,开发海洋生物资源是国家战略及必然趋势。养殖工船是发展深远海养殖工程的核心装备之一,深入研究养殖工船,大力发展深远海养殖,具有较高的经济价值和社会价值。该文从装备技术发展面临的问题出发,以动力系统、系泊系统、养殖系统、物流系统及加工系统的总布置为基础,兼顾安全性、经济性及环保性,将商用运输船设计方法和养殖技术要求有机结合在一起,初步探讨了构建深远海养殖工船系统和总体技术框架。提出了重点关注和研究的技术方向,以期实现船舶和养殖行业的联合技术攻关,早日形成产业指南和设计规程,指导后续养殖工船设计。结合中国强大的船舶海工制造能力,完成养殖工船的批量建设,实现未来规模化深远海养殖。