大型养殖工船氧锥设计与运行效果试验

保证养殖水体适宜的溶氧浓度对养殖鱼类的健康生长至关重要。为满足养殖工船超大封闭水体及高密度养殖的需氧要求,以氧锥作为研究对象,建立氧锥尺寸模型,根据双膜理论与菲克定律以及增氧机增氧能力试验标准,开展氧锥增氧性能试验。结果显示:氧锥出口的溶氧质量浓度能达到40 mg/L,超饱溶氧接近400%,实现超高溶氧饱和度;在氧气进气量为7.6 m^(3)/h,氧锥操作压力为0.07~0.25 MPa条件下,增氧能力受操作压力影响不明显,但是最佳进气量范围受操作压力影响显著。操作压力越大,当氧气进气量增大时,越不容易形成大气泡析出水面,从而保持较高的氧气利用率;在氧气进气量大于6.5 m^(3)/h,操作压力为0.07~0.25 MPa,每个养殖舱配置1个氧锥能满足养殖舱氧量需求。该研究为大型养殖工船增氧设备的工程设计及稳定高效运行提供了基础数据。

南极磷虾虾水分离装置设计

为了匹配南极磷虾连续泵吸捕捞系统,改变传统南极磷虾捕捞高损伤、低附加值加工的现状,提升南极磷虾捕捞产业自动化水平,针对新型的南极磷虾连续泵吸捕捞方式后续阶段的虾水分离和传输问题,减少在南极磷虾泵连续吸捕捞输送过程中的损伤,研究并开发了螺旋输送式虾水分离器,对其分离效率和输送速度等参数进行了设计计算和流体分析。结果显示:虾水分离器能够满足连续泵吸设备设计流量下南极磷虾的分离和输送,无大量南极磷虾堆积挤压造成虾体破损,并且能够通过对转轴转速和主体倾斜角的调节,实现泵吸输送变流量条件下虾水混合物的分离。研究表明,本设计可以通过缩放设计和并行布置,以满足不同吨位和布局的南极磷虾连续泵吸捕捞船,为南极磷虾虾水分离实际应用提供参考。

真空泵吸鱼过程气液两相流数值分析

为探究真空泵吸鱼过程气液流动机理以及抽气压力对吸鱼速度影响,以某深远海养殖平台真空吸鱼泵为研究对象,基于体积函数法(volume of fluid,VOF)两相流模型,对真空吸鱼泵集鱼装置内部气液两相流动过程进行数值模拟。结果显示:在一定抽气压力条件下,水进入集鱼筒后,产生了水与大量气团组成的泡沫状气液两相混合体,气泡不断聚集并向抽气口方向运动,直至流出抽气口,集鱼筒注满水时间短;管道入口启动速度随着抽气压力的减小不断增大,之后速度波动减小,在-40 kPa~-20 kPa抽气压力条件下,当抽吸时间7 s,管道入口的速度逐渐平稳,当抽气压力≥-15 kPa时,吸水管出现了倒流现象,水沿管道来回晃荡,抽气压力在-40 kPa~-20 kPa范围可确保鱼水混合物顺利抽到集鱼筒内。本研究数值模拟结果可为真空吸鱼泵的抽气压力设计及优化提供参考。

大型养殖工船养殖舱壁清洁机器人设计

为解决深远海大型养殖工船养殖舱壁水下智能清洗问题,制定水下清洁机器人本体结构与控制系统方案,分析其机器人力学特性,计算满足稳定行走不倾覆与打滑的最小磁吸力要求,阐述基于机器视觉的清洁度图像识别的具体实现方法。制作水下清洁机器人样机,并在养殖工船中试船上开展机器人清洗验证试验,结果显示,机器人平均清洗效率为413 m^(2)/h,清洗效果良好,满足技术要求。

基于VOF模型的真空吸鱼泵数值模拟

针对目前真空吸鱼泵设计计算依赖于工程经验,存在随机性和不确定性的问题,本研究开展了真空吸鱼泵吸/排水过程的数值模拟分析。分别建立了真空吸鱼泵吸水阶段和排水阶段物理模型,采用VOF模型,以抽气速度为边界条件,对吸/排水过程进行数值模拟。结果表明,VOF模型能够很好地预测真空吸鱼泵吸/排水过程中计算区域液相体积分数随时间变化的历程;抽气速度相同时,随着吸程的增大,真空罐内的稳定工作压力逐渐降低,但吸水管道内的流速不变;吸程相同时,随着抽气速度的增大,真空罐内的稳定工作压力逐渐降低,吸水管道内的流速逐渐增大;通过模拟得到了吸水和排水时间,可对吸捕速率进行预测。本研究可为真空吸鱼泵计算机辅助设计提供理论参考。

一种面向养殖工船舱壁清洗水下机器人

养殖工船舱壁清洗水下机器人是养殖作业的重要关键设备之一。针对深远海养殖工船的实际需求,研究了一种养殖舱壁清洗水下机器人。分析了水下机器人的舱壁静力学原理和舱壁运动动力学原理,建立了运动坐标系,并提出了一种基于模型预测控制的路径跟踪策略。最后,分别通过对水下机器人自由控制和跟踪控制实验验证了的控制策略。实验结果表面,该方法能够获得良好的控制效果。该水下机器人的研究方法可为养殖工船清洗作业提供一种有效的解决方案。

我国远洋捕捞船舶的可持续发展

我国拥有丰富的海洋资源,为了有效管理和保护这些宝贵的资源防止过度捕捞和资源枯竭保障远洋捕捞船舶的可持续发展,对远洋捕捞船舶的可持续性发展进行了研究,通过对国内远洋捕捞船舶的现状进行分析,重点阐述有船舶的规模、类型、渔船运营模式、分布状况等,并且对远洋捕捞渔船的可持续发展进行剖析。远洋捕捞船舶作为渔业生产的主力军,对提供就业机会、促进经济增长、保障渔民收入具有重要作用。可持续发展能够提高渔业资源的利用效率和经济效益,进一步促进渔业经济的可持续增长。研究结果对于远洋捕捞船舶的可持续性发展,对于保护海洋资源、维护生态平衡、促进渔业经济和推动国际合作具有重要的背景意义。

闭式海洋温差能发电系统的工质研究

在不同冷凝温度条件下,以氨作为比较对象,选取R245ca、R245fa、R236ea、R236fa、正丁烷、异丁烷、正戊烷和异戊烷8种干有机工质,基于热力学第一定律和第二定律对其热力循环性能进行计算分析,并对工质的净功、热效率、气耗率和损失等进行比较。结果表明:在所选有机工质中,正戊烷具有最高的热效率和效率,最大的净功及最小的气耗率,且产生的系统损失较小;从净功方面比较,氨的做功能力远强于有机工质。

基于CFturbo的离心式吸鱼泵设计

传统的离心式吸鱼泵设计基本上是根据设计经验与相似泵推导设计,导致设计周期长且性能参数无法确定。为了更加快速、精确地设计出不同尺寸类型的吸鱼泵,并估算出离心式吸鱼泵的流量、扬程等性能参数,运用CFturbo设计软件进行参数化设计吸鱼泵,通过CFturbo软件建立吸鱼泵的三维模型,并通过软件内置经验函数优化设计,然后通过CFD流体动力学软件进行数值模拟仿真验证,最终设计出符合性能参数要求的离心式吸鱼泵,实现离心式吸鱼泵的快速研发。

复杂形状波力直线发电装置的优化

针对漂浮式波浪能转换装置的能量转换特性问题,以漂浮双浮体直线发电波浪能装置为研究对象,基于线性波理论和粘性阻尼理论,建立了复杂形状波能装置的双自由度受迫振动方程,推导了最佳弹簧和最佳阻尼下波能装置的最佳吸收功率函数表达式和相对位移幅值表达式;基于边界元方法的Hydro Star软件计算了复杂形状波能装置水动力学系数和波浪激励力。数值计算表明:在满足装置吸收最大功率的条件下,最佳弹簧系数在一定波况下出现了负值;在无弹簧的最佳阻尼条件下,装置的相对位移幅值小于波幅,波浪能功率和俘获宽度比在给定入射波周期范围内出现峰值。

高海况漂浮物打捞网具的研究试验

为在高海况下安全打捞落水人员和重要的漂浮物,设计了一种打捞网具。为此研究了打捞过程中船舶行进速度、网口高度、打捞物体吃水深度等参数对打捞网性能影响;通过网具模型试验,模拟网具打捞作业,测试网具在打捞体进网前后力的变化,分析了打捞物体吃水深度与进网匹配性、进网的拖网速度以及网具受到的最大撞击力等。结果显示,试验用打捞体的进网条件受其吃水深度和网具拖速的影响较大。在打捞体吃水深度一定时,打捞体可在拖速≥2.5 kn时顺利进入网内;但当拖速过大,网口垂直扩张系数越小,不利于进网。试验范围内的最大撞击力随着拖速的提高而增大,最大值为27.84 k N。研究表明,网具最大撞击力的参数值对网线材料的选择与强度设计、网具支撑拦截臂架的结构强度计算具有指导意义。

网箱养殖平台自动投饲系统设计与试验分析

网箱养殖是中国渔业养殖中重要组成部分,针对网箱养殖大型化、规模化发展需求,基于正压气力输送技术设计了网箱养殖远程自动投饲系统。系统以浮式养殖管理平台为载体,由供料装置、饲料输送和投喂装置以及自动控制装置等组成。重点介绍了投饲系统的主要结构和工作原理,对投饲系统主要参数进行了分析设计。控制部分以PLC为控制核心,根据输送压力变频控制螺旋输料机下料量,自动化集中控制。开展了系统性能试验,对粒径分别为6 mm、8 mm、10 mm的饲料投饲量和破碎率进行测试和分析。结果显示,最小投饲量平均为523.2 kg/h,符合设计要求,最大破碎率为1.12%,在相同输送距离条件下,粒径越大,投饲效率越低,破碎率越大。研究表明,通过投饲系统与养殖管理平台功能集成,可以进一步提高自动投饲系统适用性。

漂浮式波浪能直线发电原理试验研究

介绍一种漂浮式波浪能直线发电装置,按相似理论对该装置进行模型设计和水槽试验,分析不同波高、周期、负载对该类装置输出功率和转换效率的影响。试验结果表明:阻尼匹配极大地影响到模型的转换效率。考虑到机械阻尼情况下模型从波浪到电的最大转换效率为11%,在不计机械阻尼的情况下,模型从波浪到电的最大转换效率可达49%。

乌东德水电站集运鱼系统防逃笼的设计与分析

为了帮助鱼类在金沙江的乌东德水电站水域顺利洄游产卵,需要研发一种在集运鱼系统中负责收集鱼类的装置——防逃笼。防逃笼作为鱼类收集装置需要承受湍急水流冲击力。本文采STARCCM+软件模拟出不同流速水流对笼子的冲击力,将冲击力作为ANSYS Workbench软件的输入条件进行有限元分析,得出水流冲击下不同部位的应力应变云图并进行安全性校核,校核结果显示,结构满足安全性要求。通过使用软件进行辅助,快速科学地设计出了满足实际使用要求的防逃笼型的集鱼装置,可为以后类似工况下装置的设计提供借鉴。

基于空化射流技术的养殖网箱水下清洗喷嘴数值模拟

网衣附着生物形成堵塞是深海网箱养殖面临的严重问题之一,如何实现养殖网箱的安全高效清洗是目前亟待解决的问题。研究了网箱水下清洗机器人结构,将空化射流技术应用于养殖网箱表面附着物的清洗,根据网箱水下清洗工况,利用Fluent软件对喷嘴内部的空化流场进行了数值模拟,采用mixture气液两相模型、空化模型和Realizable k-ε湍流模型模拟计算得到了喷嘴附近速度流场和气相体积分数的分布规律;还研究了喷嘴入口压力和清洗深度对空化射流空化效果的影响。结果显示,空化现象主要产生于喷嘴圆扩张段壁面,增大喷嘴入口压力有利于提高流体射流速度及高速流射程范围,有效提高空化程度,增强清洗打击力,但水深深度增加不利于空化。该模拟计算结果可为空化射流在网箱养殖水下清洗应用提供一定理论参考。

工船养殖颗粒饲料气力输送系统参数优化

工船养殖是拓展深远海养殖空间的重要途径之一,围绕深远海养殖大型化与工业化发展需求,介绍了大型工船养殖自动投饲系统。根据养殖鱼类投喂需求,为提高饲料气力输送性能与效果,以颗粒饲料在输送关键部件加速器为研究条件,基于计算流体力学和离散单元法相结合的方法,研究饲料输送参数与输送效果之间的关系,分析加速器结构参数对颗粒饲料输送性能影响。数值模拟结果表明:加速器的收缩角度和下料口直径对其喷射性能有重要影响,在所模拟几组收缩角范围内,当收缩段角度为20°时,加速器内部颗粒与管壁以及颗粒与颗粒之间的碰撞将减弱,颗粒在加速器出口速度最大,其运动轨迹呈现出更大程度的线性,输送状态比较稳定,气固加速器的喷射性能增强;相对其他口径下料口,当下料口直径为110 mm时,质量流量最大,颗粒输送较为平稳,加速器供料性能较好。

基于VOF模型的真空吸鱼泵抽吸过程参数影响分析

真空吸鱼泵是水产养殖中用于起捕输送活鱼的一种重要工具,为探究真空吸鱼泵抽气压力、吸程及管道入口流速之间的关系,计算建立5种不同吸程的真空吸鱼泵流道物理模型,应用瞬态VOF方法捕捉不同参数影响下的水气界面气液两相流变化。数值计算结果表明:同一抽气压力下,不同吸程管道的入口速度在0.5 s内迅速增大,之后波动减小,且入口平均速度偏差仅3.4%,吸程对管道入口平均速度几乎无影响;管道内水抽吸至集鱼筒后,充满大量水与气团组成的泡沫状气液混合体,不同吸程下的集鱼筒在t=8 s时均已注满水;吸程为2、3、4、5、6 m的吸鱼泵抽吸过程的所需的临界抽气压力分别为-13、-14、-16、-20、-25 kPa,吸程与临界抽气压力关系拟合为多项式,可得出同一真空吸鱼泵在任意吸程条件下所需最大抽气负压值。

基于柔性打捞的波浪补偿系统设计与试验

为提高高海况下救助打捞成功率与起吊过程安全性,介绍一种基于高海况柔性网具救助打捞系统的方法,提出一种以变幅油缸为执行机构的主被动复合波浪补偿方案,采用模糊自适应PID算法控制器,控制变幅油缸伸缩位移,抑制船舶横摇对伸缩吊臂的影响。根据相似准则对打捞系统进行模型设计并建立波浪补偿系统缩比模型试验,通过液压摇摆台模拟船舶横摇角度,测试变幅油缸的响应时间、运动的平稳性及缩比模型的补偿精度,预测原型样机的波浪补偿效果。实验结果表明:模型试验系统运行稳定可靠,补偿效果良好,打捞吊机跟随模拟平台做-15°～+15°的正弦摇摆,吊臂的波浪补偿运动误差维持在±1°内。该方法原理和试验数据可为原型样机的设计提供参考。

直驱式波能装置振动及转换效率分析

波浪能利用装置一般是利用振动来获取波浪能量,如鸭式装置、点吸收式装置。点吸收技术是世界上目前研究得比较热门的一类波浪能利用技术,漂浮直驱式波能装置是点吸收技术的一种。文章首先通过物理过程分析,把由双圆柱浮体构成的漂浮直驱式波浪能装置当成一个双自由度振动系统,建立系统振动方程;然后,运用势流理论求解由双圆柱浮体的垂荡辐射问题和绕射问题,求解出振动分析所需要的水动力学参数。考虑波浪能装置通过粘性阻尼吸收波浪能,利用求得的水动力学参数,设定的外部阻尼和弹簧弹性系数,可求解出此情况下水面浮体和水下浮体的相对运动幅值,进而求得装置的转换效率。给定模型尺寸参数,在一些确定的外部阻尼值和弹簧弹性系数点,分别通过变化外部阻尼和弹簧弹性系数,分析装置的振动特性以及转换效率的变化,从而在不同波况下选择适合装置的外部阻尼系数和弹簧弹性系数。

点吸收柔性泵波浪能装置的设计与试验研究

点吸收波浪能转换技术是一重要研究方向,其模型试验是该技术的重要基础。文中介绍了一种新型点吸收柔性泵波浪能转换装置,其能量转换主体由振荡浮子和柔性泵组成。建立了该装置的模型水槽试验,分析了波浪要素和柔性泵结构对系统功率转换特性的影响。试验结果表明柔性泵的进出口面积比例和面积大小对模型的转换效率影响较大,柔性泵的进出口面积比值为0.6,出口面积为7.85 cm～2时,装置的平均转换效率较大。该模型试验可以为同类型装置转换效率评估方法提供参考。