大连市乌蟒岛海域大型深水坐底式网箱建设适宜性分析

为更加准确、科学、高效地评估大型深水坐底式网箱建设的适宜性,针对大连市乌蟒岛西北部321 hm^(2)海域,对该海域的政策符合性、海况适宜性和运营增效性三方面进行调查研究,评估在该海域建设大型深水坐底式网箱的适宜性。结果显示:该海域区域1为最适宜进行大型深水坐底式网箱建设的区域,其次为区域2、3、4、5。最适宜建设区域主要位于该海域的东南部,海域面积约13 hm^(2),符合政策要求,海域水交换状况良好,海底地形平坦,地质结构稳定,地基承载力条件较好。此区域完全可满足大型深水坐底式网箱的建设和运营需求,有利于大型深水坐底式网箱的功能发挥。本研究构建了大型深水坐底式网箱建设适宜性综合评价体系,选出适宜建设区域,可为大连市乌蟒岛海域大型深水坐底式网箱的建设与发展提供参考。

重力式深水网箱布局参数理论计算及影响因素分析

网箱规划布局是海水养殖全链条中的关键一环,不仅涉及到养殖产出效益,更是影响设施安全的关键因素。重力式深水网箱在未来一定时期内仍是深远海养殖的主要设施类型,有关其规划布局大多依靠以往的工程经验积累,缺乏一定的理论依据支撑。将重力式深水网箱布局分为交叉式布局和无交叉布局,从理论角度分别给出不同布局形式下网箱部分布局参数及相应的计算公式,并据此分析系泊缆根数、系泊长度以及安全控制距离等不同布局参数对规划海域网箱间距及海域利用率的影响。结果显示,随着系泊缆根数、系泊长度及安全控制距离的变化,交叉式布局网箱海域利用率相对于无交叉布局更为敏感;交叉式布局的海域利用率明显大于无交叉布局,但目前仍建议采用安全性更高的无交叉布局。

配重系统对HDPE圆形重力式网箱水动力特性影响研究

重力式网箱在强水流作用下的容积保持率关系到养殖鱼类健康生长,而网箱不同配重系统与其容积保持率、网箱阻力息息相关。为探究不同配重系统对网箱水动力特性的影响,本研究采用田内准则,通过模型试验研究了周长40 m的HDPE圆形重力式网箱在4种不同配重系统下其容积保持率、网箱阻力与流速之间的关系。结果显示:随着流速和配重量的增加,4种配重类型下网箱箱体的阻力均逐渐增大,并且阻力与流速之间呈现幂函数关系;与采用沉子配重的箱体相比,采用铁链配重的网箱在配重总量逐渐增加时,其阻力变化不大;当流速超过28.3 cm/s时,“底框+撑网圈+沉子”这种配重组合方式能够实现网箱容积保持率的最大化,在最大试验流速为70.7 cm/s以及3种不同配重重量条件下,分别能够保持有效容积的65.96%、69.10%和71.72%,此外,采用上述配重系统的网箱在特定流速和配重量下,其单位体积阻力最小,表现出最佳性能;经无量纲化处理发现箱体阻力与有效容积之间呈现出显著的负相关性。研究结果为HDPE重力式网箱的配重系统设计和应用提供了有益的参考依据。

遮蔽效应下双平面网衣和圆形网衣的水动力性能

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值仿真方法,利用STARCCM+软件对双平面网衣和圆形网衣进行数值仿真模拟。建立合适的流场域并进行网格划分和收敛性验证;针对水流作用下网衣的遮蔽效应,分析网衣的水平拖曳力和阻力系数。对比2种网衣的流速衰减、网衣受力和阻力系数的变化情况,结果发现:2种网衣在网内和网后均存在明显的流速衰减;当流速增加时,2种网衣具有相似的变化规律,网衣的水平拖曳力随流速的增加而增大,阻力系数随流速的增加而减小;圆形网衣的受力始终大于平面网衣。研究成果可供网箱的设计优化及其水动力性能和流场特性研究参考。

规则波与不规则波作用下刚架式网箱水动力性能

为深入了解海水养殖,研究网箱在不同波浪作用下的受力运动特性,基于Morison方程,采用海洋工程水动力软件OrcaFlex建立波浪作用下网箱的运动响应数学模型,对其进行水动力性能分析。针对刚架式网箱的实际尺寸参数,在波高H=1.3 m和周期(T=6、7、8 s)条件下,对浮架与网衣连接点的有效张力、网箱容积剩余率和锚绳力进行数值计算。结果表明:在规则波作用下网箱的浮架与网衣连接点受力和锚绳力相对较小;在不规则波作用下变形更严重,剩余容积率较小;在规则波和不规则波作用下,波浪周期的增加将减小浮架与网衣连接点的张力和锚绳力。

波浪作用下双层网底鲆鲽网箱水动力特性的数值模拟

根据有限单元法建立了波浪作用下双层网底网箱的受力运动模型,通过数值计算求解双层网底的位移与倾角。先将上层网底与下层网底的计算值进行比较,然后,将双层网底网箱中下层网底与单层网底网箱开展对比分析。计算结果显示,在波浪周期内,双层网底网箱的2层网底能保持相对平行的状态。2层网底的位移与最大倾角随着波高与周期的增大而增加,并且2层网底的倾斜方向一致。在相同波浪条件作用下,下层网底的水平位移大于上层网底,二者垂直位移差异较小,下层网底最大倾角值大于上层网底。研究发现,当波高为15 cm、周期为1.4 s时,双层网底网箱的2层网底的倾角相差最大,但并未发生接触碰撞,网底可以保持相对稳定。此外,双层网底网箱的下层网底的最大位移值小于单层网底网箱,最大倾角值大于单层网底网箱。研究表明,当波浪一定时,双层网底网箱的最大锚绳力均大于单层网底网箱。

水流作用网衣过程的数值模拟

网衣是深水网箱的主要组成部分，也是整个网箱系统中受力最为复杂的部件之一。文章介绍了水动力作用下一种基于集中质量法的网衣数学模型，并引用前人的试验结果对数学模型进行了验证。在此基础上，利用此数学模型在不同配重（CW1=400kg和CW2=800kg）和流速（U=0．3—0．6m·s^-1）条件下分别对网衣所受的水流力、网衣形状和网衣运动位移三者随时间的变化过程进行了数值模拟，给出了网衣达到稳定状态前、后网衣受力变形的计算结果，揭示了网衣在水流作用过程中的动态变化规律，并进一步分析了配重及流速大小对网衣受力、变形及运动特性的影响。

水流条件下单点系泊不同结构“钻石型”重力式网箱的水动力特性数值模拟

目前深远海网箱养殖已成为我国海水鱼类养殖的一个重要方向,为获得适合于深远海养殖的最优网箱结构,本文利用数值模拟方法,对投放于黄海冷水团的"钻石型"网箱箱体设计了5种结构方案(方案1～方案5),进行水动力特性数值模拟,分析箱体结构的中部水平漂移、底部水平漂移以及网箱阻力等特性变化。研究表明,在流速为1m/s时,网箱中部水平漂移优化效果好的依次为方案5(减少30.59%)和方案2(减少20.23%),底部水平漂移优化效果好的依次为方案2(减少37.33%)和方案5(减少22.39%),网箱阻力优化效果好的依次为方案5(减少12.98%)和方案4(减少9.15%)。研究结果表明,采用刚性底框、方形网目,中部增加刚性圆环,网箱形状为上大下小的圆台形,有利于减小网箱的横向位移,降低网箱的阻力。研究结果可为深远海重力式网箱设计提供技术参考。

高压水射流水下洗网机旋转射流打击力计算

依据水力学公式计算出歧管式高压水射流水下洗网机旋转的射流角速度和射流打击力。分析结果表明:旋转的射流打击力随偏转角增大而递减,但随射流压力、旋转半径和喷嘴孔径增大而增大;合理选择喷嘴孔径对旋转的射流打击力的增强作用明显,而增大旋转半径对射流打击力的增强作用较弱;旋转的射流打击力比非旋转的射流打击力更有利于提高清洗网衣的效率。海上清洗试验表明,在合理的压力和流量条件下,旋转的射流打击力清洗网衣的效果良好。

深水抗风浪网箱水动力学特性研究

深水网箱抗风浪能力和耐流特性是深水网箱养殖首要解决的主要问题,也是网箱设计的核心技术问题。深水抗风浪网箱系统水动力特性研究相当关键。文中对深水抗风浪网箱水动力特性研究中物理模型试验和数值模拟方法,包括网衣模型相似准则、网箱整体模型试验、运动特性分析技术、网箱整体模型试验,以及网衣模拟、浮架模拟、整体网箱模拟、网衣周围流场模拟等进行了介绍,并对深水抗风浪网箱研究方面取得的创新成果进行了总结,以期为我国深水抗风浪网箱水动力学基础研究的发展提供工程理论和技术方法上的参考。

波流逆向和同向作用下重力式网箱水动力特性研究

深水重力式网箱在风浪和海流作用下的动力响应研究,是外海养殖网箱设计与制作的基础。为研究波流逆向作用于深水重力式网箱时的运动响应和锚绳力与波流同向时的差异,基于波浪作用通量守恒和Stokes3阶波理论数值模拟波浪在水流中的变形和综合波流场;采用质量集中法和刚体运动学原理,建立重力式网箱数学模型;考虑不同设计流速和波浪组合,利用数学模型得到在波流逆向和波流同向作用下重力式网箱的锚绳力,浮架运动和网箱剩余体积的结果。结果显示:波流同向时的锚绳张力比波流逆向时大;波流逆向时重力式网箱体积剩余系数最小值比波流同向时的大。因此,波流同向对重力式网箱的破坏比波流逆向严重。

基于模型试验准则的重力式圆形网箱水动力比较研究

模型试验准则是水槽模型试验的核心问题,关系到最终推算实物系统结果的准确性。以中国常用的高密度聚乙烯(HDPE)圆形重力式网箱为研究对象,采用田内准则和狄克逊准则为模型试验准则,以大尺度比10∶1、小尺度比2∶1设计制作了网箱模型,在循环动力水槽中分别进行网箱水动力特性模型试验,比较在水流作用下两种准则的试验结果及其差异性。结果显示:网箱整体和网箱箱体的阻力随着流速增加而增加,二者呈幂函数关系;网箱整体阻力系数(C)随着雷诺数(Re)的增加而减小,二者的关系为C=17.587Re^(-0.354)(R^2=0.941);C随着Re的增加而减小,二者的关系为C=30.526 Re^(-0.424)(R^2=0.902);在实际流速30~130 cm/s范围内,田内准则的试验数据比狄克逊准则的试验数据稍小,二者的阻力差约为-5%。由试验结果可知,田内准则和狄克逊准则均可用于网箱模型水流试验。研究结果可为网箱模型实验准则的选择和圆形网箱水动力学计算提供理论依据和基本参数。

浮绳式围网水动力特性研究

离岸围网设施通常布置在开阔水域,受波流作用影响显著。为确保围网结构的安全,需对其水动力特性开展研究。为此,以一种浮绳式围网为研究对象,通过拖曳水池试验对围网整体阻力性能进行分析。根据有限单元法建立波浪作用下围网结构受力的数学模型,通过计算机数值模拟对围网浮子的最大位移与网衣张力进行研究。结果显示:随着流速的增大,围网整体阻力逐渐增加,阻力与流速呈幂函数关系,阻力最大值为196 k N。当浮绳式围网在波浪作用下,上纲中迎浪面中点处浮子的位移最大,位移值为80 mm,网片与锚绳连接点及下纲四角连接处的网线张力较大。建议适当增加迎流面网衣所配备的浮力,以使围网在较高流速时保持形状。此外,在实物网衣的制作中,锚绳与下纲四角连接处的网衣应做加固处理。

一种联排升降式鲆鲽鱼类网箱系统的构建与研究

根据鲆鲽鱼类特别适宜于在浅海沙质海床上底栖的生活习性,研制了一种HDPE联排升降式鲆鲽鱼类专用养殖网箱,其特点是既能沉入水底为鲆鲽鱼类营造一种近于海底的生态环境,又能抵御强风暴袭击和躲避赤潮灾害,并且升降操作简便,可多个箱体联排升降。经在海上实物网箱的重复升降试验,结果表明,联排升降式试验网箱的平均沉降时间为11.67 min,平均上浮时间为11.83 min,显示出了稳定快捷可靠的升降性能,是一种适合鲆鲽鱼类养殖的新型网箱。

封闭式养殖工船研发历程回顾

封闭式养殖工船是具有自主航行功能的海上封闭式养殖系统,也是一种综合的海上渔业生产平台,其生产功能以深远海封闭式“船载舱养”为主体,兼具水产品初加工与储运功能。文章回顾了大型封闭式养殖工船研发历经的孕育构想、积极探索和创新研发三个阶段,总结了研发过程中采取的以工业化理念构建现代水产养殖新模式、注重现代装备技术与水产养殖技术的深度融合、加强相关研究成果的专利战略布局等经验做法。中国大型封闭式养殖工船经历了30多年的探索研发,终于从梦想变成为现实,其具有封闭式养殖,环境可控,是高质量绿色养殖方式;游弋式养殖,可充分利用自然条件,是高效的生产模式;大型化发展,发挥规模经济效益,构建综合生产平台等技术特点。未来,围绕养殖工船将形成渔业航母船队,搭建深远海养殖全流程、全周期、全链条的养殖体系,实现海水养殖走向深蓝。

水流作用下自升降式张力腿网箱水动力学特性试验研究

自升降式张力腿网箱因其在水流作用下能够下潜到水中,具有在恶劣海况条件下,避免海水表面的风浪冲击,降低网箱系统被破坏风险的优点,具有良好的市场前景。根据田内准则,运用水槽模型试验方法,研究了周长60 m,网高16 m张力腿网箱在水流作用下的缆绳张力、网箱下潜深度、容积损失率与流速的关系。结果显示:张力腿网箱缆绳张力随流速增加而增加,且主要受力集中在迎流面的缆绳上;张力腿网箱可以在水流作用下自动下潜,流速0.8 m/s时,下潜深度可达11.91~17.79 m,从而能够实现网箱抗风浪的目的,另外可根据需要调整浮架浮力使网箱沉降深度达到合理水层区间;在低流速下各配置张力腿网箱容积损失率较小,在流速0.8 m/s时,最大容积损失率32.5%,小于类似配置的重力式圆形网箱。研究结果可为张力腿网箱的设计与应用提供参考。

双层网底鲆鲽网箱耐流特性的数值模拟

双层网底鲆鲽网箱的网底结构在水流作用下会发生倾斜与转动。为确保网底结构的安全,需对其耐流特性进行动力分析。为此,根据有限元法建立了流场中双层网底网箱受力的数学模型,通过计算机数值模拟对双层网底的最大位移与倾角进行研究,并将双层网底的计算结果与单层网底进行对比分析。模拟结果显示,随着流速的增大,上层网底与下层网底的倾角逐渐增加,并且两层网底的倾斜方向恰好相反。研究发现,当实际海区流速超过93 cm/s时,双层网底网箱的上、下两层网底会发生接触碰撞,从而影响网底的稳定。此外,双层网底网箱的下层网底位移要大于单层网底网箱,但其倾角却小于后者,这可能与双层网底网箱的上层网底设计有关。

大型渔业养殖平台水动力特性试验研究

针对新型渔业养殖平台,在解决平台模型一体化设计、网衣模拟方法等关键技术的基础上开展了水动力试验研究;获得渔业养殖平台固有特性和不同环境条件下的运动和系泊受力情况;通过对比分析,掌握了风、浪、流不同环境条件对平台受力的影响。研究结果为平台及其系泊系统的优化设计及安全作业评估提供了有力支撑。

组合钢架式网箱水动力性能分析

为扩大钢架式网箱的养殖空间,提出了一种在钢架式网箱基础上铰接外网箱的组合钢架式网箱。利用海洋工程水动力软件OrcaFlex对其进行水动力性能分析。对比分析在纯流、纯波浪及波流联合工况下,组合钢架式网箱和铰接前钢架式网箱的浮架与网衣连接点的有效张力,网箱容积剩余率和锚绳力,以及组合钢架式网箱的铰链系统运动响应。结果显示:相较于钢架式网箱,组合钢架式网箱的浮架与网衣连接点受力和锚绳力都有所增大;铰接外网箱能够扩大养殖空间并且不会影响内网箱的容积剩余率。通过在钢架式网箱基础上铰接外网箱能够达到扩大养殖空间的目的。研究结果可为在实际中应用铰接外网箱来扩大养殖空间提供参考。

网箱水动力试验中锚绳系统模型设计

网箱模型试验是研究网箱水动力学特性的重要方法之一,模型制作是试验的首要内容。从力学相似的基本原理出发,在理论上分析了锚绳模型设计时需考虑的因素,得出锚绳的弹性相似是锚绳模型设计的关键。从锚绳材质出发,研究聚丙烯(PP)绳的拉力—变形资料,采用最小二乘法,推出模型网箱中锚绳张力与伸长率之间的关系式,即ΔS/S=7.13T1 m/1.132。根据此关系式,采用特定规格的乳胶圈,经不同组合模式,模拟出锚绳弹性。通过相关性分析和试验结果的验证,证明此方法具有可行性,为以后开展网箱水动力试验解决锚绳模拟问题提供参考。