农业专业硕士研究生实践能力培养策略研究--以浙江海洋大学渔业机械化为例

针对中国高等院校农业专业学位硕士培养实践能力过程中,存在第一志愿学生报考少、校外导师指导少、学生实践机会少、学生答辩考核过松的问题,以浙江海洋大学农业工程与信息技术专业学位点渔业机械化领域为例,从加大招生宣传力度、完善双导师模式、优化课程内容、改变考核模式等方面提出农业专业硕士研究生实践能力培养策略。

新型复式抗风浪养殖网箱的设计及其在海洋环境下的受力计算

深海抗风浪网箱养殖区别于传统近海网箱、围栏等养殖方式,适合发展高经济价值的鱼类养殖,现已成为沿海渔民转产转业的重要方向。为缓解近岸养殖压力、拓宽深海水域养殖,基于中国海域养殖条件,设计了一种可以应对恶劣海况条件的新型复式抗风浪深海养殖网箱。该网箱放弃了传统的浮架和浮圈结构,采用双浮筒可调节结构,以适应不同海域海浪状况,减少因刚性连接而发生的中拱和中垂现象;此外,浮筒与立体浮框连接而成的垂荡体可以提供较大的垂荡以及纵向摇摆阻尼,控制网箱的运动幅度。同时采用莫里森公式和伯努利方程对网箱承受的风、浪、流等环境载荷进行受力计算,并与传统高密度聚乙烯(High density polyethylene,HDPE)网箱进行对比,结果显示新型复式抗风浪网箱比传统HDPE网箱更能承受海洋中的环境负载。研究结果为后续研究和发展大型抗风浪网箱养殖提供了设计参考。

双系统升降式柔性网箱的设计及其在海洋环境的荷载计算

目前现有的升降式网箱大都以刚性结构为整体,通过浮体充气量的调节来调节网箱的升降,导致网箱的升降稳定性以及强度较难得到保障,为提高网箱升降稳定性及强度,文中设计一种新型双系统升降式的柔性网箱,包含设备浮筒以及在其上部的多层甲板,设置绞车辅助牵引网衣升降。网衣由平面框架结构和高密度聚乙烯(HDPE)浮管组成,网衣内部配置一个中央框架并与升降立柱的底部相连,网衣附着于设备浮筒底部,以此达到升降过程平稳。同时采用流体动力的一般公式、莫里森公式以及伯努利方程对网箱所承受的海洋环境载荷包括流、风、浪进行受力计算,为后续研究和开发升降式网箱提供设计参考。

海洋渔业选择性捕捞ROV艏向控制方法研究

为减少海洋渔业资源过度开发,文中设计一种海洋渔业选择性捕捞ROV,用于捕捞过程中对幼鱼和稀有鱼种的保护。依据海洋渔业选择性捕捞作业要求,采用Solidworks软件完成ROV机械结构的设计。ROV运动系统具有非线性和强耦合性,遇到水流的作用会变得更加不稳定。为提高ROV在捕捞过程中艏向运动的稳定性能,设计一种模糊PID控制器对ROV进行艏向控制。根据ROV运动特点建立空间运动坐标系和ROV艏向运动数学模型表达式,在PID控制基础上引入模糊控制对PID的3个参数进行在线调整;在Matlab/Simulink环境下创建PID控制器与模糊PID控制器仿真模型,使用两种控制器对ROV进行30°和90°的艏向控制对比仿真。仿真结果表明,模糊PID控制较PID控制超调量分别减少4°、10°,系统达到稳定状态的时间也更短,是一种高性能与稳定的ROV艏向控制方式。

岛群环境下码头建设对海洋动力的影响研究

文中以六横岛西侧的1,000t级危化品公共码头为例,研究岛群环境下码头建设对海洋动力的影响。通过MIKE21建立了平面二维水动力数学模型,在利用实测资料验证模型的基础上,计算了码头建设对周边海域涨落潮流和冲淤环境的影响。结果表明:涨潮时码头平台及其北侧50m范围内流速减小较明显,减幅约0.09~0.105m/s,落潮时码头平台南侧约70m范围内流速减小较明显,减幅约0.03~0.045m/s,越往外围水域,流速减小幅度越小;码头建设后约4~5年,周边海域达到冲淤平衡,同样在码头平台附近区域淤幅最大,约1.10~1.35m,越往外围水域,淤幅减小,在距码头平台北侧约90m、南侧约80m处,淤幅已减至0.15~0.35m。

浙江沿海风暴潮增水对台风移速的响应研究

基于MIKE21建立东中国海-浙江沿海嵌套潮流模型,采用修正的Holland风场对1509号台风“Chanhom”产生的风暴潮进行模拟,通过与实测数据对比验证表明该模型模拟结果合理可靠。基于验证模型,对1949—2020年间2个极端移速台风(低移速台风“Mary”和高移速台风“Kai-tak”)进行模拟分析,为剥离单一移速变量对增水的影响,以1509号台风“Chan-hom”为基础,设置3种台风移速(2倍移速、实际移速及50%移速)对风暴潮增水影响进行研究,得到如下结论:(1)低移速台风尽管登陆时强度低于高移速台风,但对浙江沿海海域的增水影响时间更长,台风“Kai-tak”增水0.5 m及以上的持续时间仅4 h,而“Mary”却长达12 h;(2)台风移速越慢,向岸风影响时间越长,舟山群岛以西至钱塘江海域的增水随着移速的减小呈上升趋势,杭州湾南岸具有较大洪水及内涝隐患;(3)在台风登陆点朱家尖,3种移速下的增水及风速相差不大,最大增水出现在台风登陆前风速最大时刻,而在舟山外海,增水大小受潮位波动影响呈现周期变化,低潮位时增水较大,高潮位时增水较小。

梭子蟹笼渔船起拔时的自动脱钩装备设计与试验

为实现蟹笼渔船蟹笼挂钩自动脱钩,设计一种撞击式自动脱钩装置。首先,利用三维软件和TRIZ理论对脱钩装置进行结构设计与改进。然后,基于Ansys workbench对脱钩装置在不同工艺参数下对撞击过程进行仿真模拟,通过仿真试验所得数据分析不同工艺参数对撞击效果的影响,以撞击角度和撞击速度对装置的工艺参数进行优化。最后,进行实验室试验来验证仿真试验所得参数的可靠性。结果表明:当牵引速度为40 m/min、撞击装置的上扬倾角为15°时,挂钩所受最大法向力为242.75 N,实测脱钩率为100%。该研究验证显示动力学和中心复合设计理论结合所得工艺参数的可靠性和精确度,为未来撞击式结构设计分析和参数选取提供一定的参考。

不同台风风场在浙江海域台风浪模拟中的适用性研究

将Holland风场与ERA5风场相结合,通过引入一个随风速半径变化的权重系数,构建了混合风场,进而利用MIKE21 SW建立了浙江海域台风浪模型。使用Holland风场、ERA5风场、混合风场作为输入风场模拟1918号台风“米娜”期间的风速和有效波高,验证结果说明Holland风场和ERA5风场均无法准确反映真实风场和有效波高,而本文构建的混合风场弥补了两种风场的不足。为验证混合风场在浙江海域是否具有普适性,选取近5年影响浙江海域最为严重的5个典型台风进行台风浪数值模拟实验,并开展误差统计分析。结果表明:Holland风场在台风中心周围的风速模拟表现较好,最大风速的平均相对误差为8.62%~10.19%,但10 m s以下风速的平均相对误差较大,为29.76%~44.29%;ERA5风场在台风中心周围的风速偏小,最大风速的平均相对误差为17.64%~25.77%,但10 m s以下风速的平均相对误差比Holland风场小,为19.64%~32.00%。对5个台风的模拟中,由Holland风场、ERA5风场和混合风场驱动得到的台风浪有效波高平均相对误差的平均值分别为29.92%、25.62%和22.82%,均方根误差的平均值分别为0.46 m、0.42 m和0.39 m,一致性指数分别为0.94、0.95和0.96。上述结果说明本文构建的混合风场在浙江海域具有普适性,能够提高台风浪的模拟准确度。

基于工程教育专业认证的机电传动与控制课程改革研究

机电传动与控制课程是工科类专业的核心课程,随着教育部工程教育专业认证工作的推进,如何实现课程向产出导向性教学转变已成为高校课程改革的研究重点。课题组以工程教育专业认证标准为指导,深入分析和讨论教学大纲、课程目标、达成度及评价方法等,结合实际情况展示课程改革的成效。课题组总结了课程改革的规律和方法,为工科类高校其他相关课程的改革提供借鉴。

浙江近岸海域实测大浪特征分析

采用现场测量方法分析浙江近岸海域在极端天气条件下的大浪特征,比较分析台风浪和寒潮大浪的差异,对台风浪和寒潮大浪过程的波参数进行统计分析、回归分析,结合风资料探讨波参数与谱变化特性,1年内共观测到5次台风浪过程和1次寒潮大浪过程。研究表明:涌浪作用较大时,波高和风速几乎无相关性;当风浪作用达到一定程度时,波高和风速呈同步变化趋势;研究海域的台风浪为区域内风浪和外海涌浪组成的混合浪,单峰谱、双峰谱和多峰谱为其波浪谱型,双峰谱最多;寒潮大浪过程为典型的风浪过程,其谱型为单峰谱。

基于文献知识图谱的海洋碳中和热点产业分析与研究

新兴海洋产业在碳中和领域具有广阔的前景,基于文献知识图谱分析海洋碳中和热点产业对于实现碳中和目标具有重要意义。在“碳中和产业”和“海洋碳中和”主题词开展文献检索的基础上,采用词频分析法、共词聚类和社会网络关系图谱分析完成碳中和产业的词频统计,梳理出了碳中和产业的架构和主题词热点,进一步挖掘出了与海洋碳中和产业相关的重点产业领域,揭示了新兴海洋碳中和产业的潜力,表明海洋碳汇、海洋新能源等产业对碳中和产业布局有重要作用。

围网网衣清洗装备的设计与打击力试验

在深海围网养殖过程中,围网网衣容易滋生很多附着物,影响围网内外部水体流动交换,附着物还会加重网衣重量,受海浪冲击时可能造成网衣破损。针对围网网衣清洗难的问题设计了一套围网网衣清洗装备。该装备采用水射流清洗技术,根据选取的高压泵(额定流量50 L/min,额定压力20 MPa)应用水动力学计算该装备喷嘴的理论直径与水射流理论打击力,加工样机进行水射流打击力对比试验来确定其最优喷嘴出水口形状和直径。结果显示:该设备在选配0.8 mm的圆柱形喷嘴时能与该高压泵的额定压力流量相匹配,可对该泵的压力流量进行最大化利用。研究表明,该设备在水下清洗时配有0.8 mm的圆柱形喷嘴能产生的射流打击力最大,且在靶距保持在10 mm内清洗效果最好,并为水射流清洗研究提供参考意义。

自升式海洋平台液压升降系统稳定性仿真分析

根据海洋平台自升式液压升降原理,利用AMEsim软件对其建模仿真,并且针对一种平台分带荷载、单个提升齿轮故障两种工况分析了各个马达的性能,以确定液压系统升降的平稳性。仿真结果表明:这两种工况下马达的性能均满足要求,马达的扭矩与转速足够带动提升齿轮的同步运动,使平台与桩腿稳定工作。仿真结果验证了该系统设计合理,对液压系统的研发设计与参数的优化也能提供帮助。

二维MXene材料在太阳能电池和金属离子电池中的研究进展

MXene是一种新型二维材料,具有导电性高、表面官能团丰富、层间距和能带结构可调等特点,从而在新能源器件中拥有重要的研究价值。综述了MXene在太阳能电池和金属离子电池中应用的相关进展。在太阳能电池中,基于MXene高电导率、高透明度和功函数灵活可调的特点,讨论了其在电极和载流子传输层中的相关应用研究,并对MXene功函数调整的策略进行了总结。在金属离子电池中,基于MXene独特的二维层状结构、优异的力学性能和良好的导电性,讨论了MXene作为负极材料以及与碳纳米材料、金属氧化物和硅组成的复合材料对电化学性能的提升作用,并对MXene在正极材料、集流体以及隔膜中应用也进行了介绍。最后对MXene的下一步发展进行了展望。

圆端形墩台尾迹水动力特性开缝控制三维数值分析

水流绕流水闸闸墩、导流墩等水工建筑物后产生旋涡分离流,其三维尾迹结构水动力特性复杂,对旋涡分离流进行流动控制,不仅是闸墩优化设计的需要,而且关系到工程运行的效率和工程安全。在验证三维水动力数学模型的基础上,对圆端形墩台开缝后的旋涡分离流和流动控制的三维水动力特性进行了研究,对比了无缝与开缝墩台方案下纵向、横向和竖向方向的时均流速分布,紊流动能以及紊流强度分布等水力学指标,探究了开缝墩台水动力特性。分析表明,墩台开缝后可以明显改善墩台后方的水流结构,开缝位置越靠近水深的中部位置,对墩后尾流旋涡的抑制越大,对绕流墩台绕流的控制越来越好,水深中部位置开缝最大程度的影响了开缝墩后的上部水流和下部水流,使得开缝对时均流速的影响最大,开缝对旋涡的抑制也最大最佳。为抑制墩后的旋涡对工程的不利影响,工程的设计中应首先确定墩台后的水深,开缝位置应尽量设置在墩台后水深的中部位置。

低频小振动能量收集的伞型摩擦纳米发电机

针对摩擦纳米发电机功率密度低、触发难、耐久度差的问题,该文设计一种伞型摩擦纳米发电机(umbrella-shape triboelectric nanogenerator,U-TENG)用于收集低频小振动能量。U-TENG以纸基作为连接机构,使上下伞叶在振动环境中进行有序开合,可以有效增加摩擦层数量、增大接触面积、改善接触面的贴合效果。另外,在摩擦电单元的设计上,通过叠放氟橡胶提高导电层上的感应电荷量,以优化电能输出性能。实验结果表明:当两个摩擦电单元并联运行时,UTENG的最大短路电流和开路电压分别能够达到125.9μA和804 V;在低频小幅振动下其瞬时功率密度最高达到509.3 W/m^(3);U-TENG可以收集环境中不同形式的振动能,以收集脉冲式振动的能力尤为突出,最多可驱动960个LED灯。该方法可为环境中低频振动能的高效捕获提供思路。

养殖工船高压增氧锥外形优选及配件开发

优质的海水是深远海集约化养殖成功的前提,提升养殖水体的溶解氧对于高密度养殖至关重要。增氧锥是养殖水体最高效的增氧设备之一。针对深远海养殖工船空间紧凑的现状,对增氧锥外形进行优选,并开发相关配件,以达到高效增氧和节约空间的目的。采用流体仿真技术,利用其文丘里结构产生的射流、偏流、回流现象获得增氧效果;通过设计开发微孔曝气射流装置,借助微气泡原理和二次射流效果,进一步提升了增氧锥中氧气溶于水的效率。流体仿真软件结果显示,在其他条件相同的情况下,增氧锥截面角度为28°时,液速峰值最高,产生的溶解氧效果最佳;有无曝气管射流的对比实验结果显示,加装曝气管的增氧锥增氧速度较快,该配件对于增氧锥的作业有良好的辅助功能,具有较好的应用价值。

基于ESSA-LSTM的养殖工船水质溶解氧预测方法研究

为了准确预测水质参数中的溶氧量,采用长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型,提出一种增强型麻雀搜索算法(Enhance Sparrow Search Algorithm,ESSA)以改进预测率的精确性。该算法引入了Circle混沌映射进行种群初始化,并结合正弦余弦算法和Levy飞行策略分别对侦察者、跟踪者的位置进行更新,以促使麻雀个体能够快速跳出局部最优解。首先将ESSA与多种其他算法进行多形态基准函数对比测试,结果表明该算法在多个基准函数上展现出出色的性能和鲁棒性;随后将其应用于LSTM模型参数寻优,并与其他优化算法进行比较,结果显示基于ESSALSTM模型的预测率达到99.071%,相较于基本麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)、灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer,GWO)、海洋捕食算法(Marine Predators Algorithm,MPA)、鲸鱼算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)分别提升了2.142%、6.653%、6.682%、7.714%。研究表明,使用ESSA显著提高了溶解氧预测率,并有效减少了参数设置的盲目性和时间成本。

基于多组卷积神经网络的梭子蟹性别识别研究

为了实现梭子蟹的智能化分拣,高精度的智能识别分类成为亟待开发的关键技术。首先对采集到的梭子蟹图像进行预处理和数据增强,构建出梭子蟹性别分类数据集(Portunus gender classification dataset,PGCD);提出一种基于多组卷积神经网络的梭子蟹性别识别方法,该方法主要使用ResNet50从图像块中提取特征,降低特征提取过程的信息损失。为了更专注地找出输入数据的有用信息,开发出一种注意力机制来强调全局特征图中的细节重要性;最后进行了一系列的参数调整,提高了网络的训练效率和分类精度。实验结果显示,该方法在PGCD上的分类准确率、召回率和查准率分别达到95.59%、94.41%和96.68%,识别错误率仅为4.41%。表明该方法具有优越的分类性能,可用于梭子蟹性别的自动分类及识别系统。

养殖工船作业型水下机器人结构设计与研究

水质检测是深远海集约化养殖的重要环节,水质好坏直接影响着鱼类的生长。目前,水质检测的主要方式是构建水质监测网络系统和人力采集水样检测,这些检测方式存在操作复杂且效率低、作业区域受限、监测周期长等问题。为此,研发设计了一款用于养殖工船水质检测的作业型水下机器人。首先提出水质检测系统和水下机器人系统的总体设计方案。然后利用Solidworks建模软件对水下机器人机械结构进行整体设计,外壳采用流线型结构,其上搭载抽水管口,采用水平2个和垂直4个推进器布局设计,保证水下机器人能够自由运动;基于Ansys软件对机器人的外壳、固定结构和耐压舱等进行应力数值模拟,并结合理论计算对机器人的设计进行完善。最后完成机器人样机软件调试以及性能、自由度和水质检测等水下试验测试。结果表明:水下机器人的密封性、自由度、抽水检测等性能试验均满足工作要求,可以达到对指定位置进行分层和定点水质采样,所获得的水质检测数据可为水产养殖提供数据参考。