潜水推流器作用下大型圆形养殖池的流场特性

为了探究潜水推流器作用下大型圆形养殖池内的水动力特性,利用研发的无人船搭载声学多普勒流速剖面仪(acoustic doppler current profiler,ADCP)系统现场测定了潜水推流器数量(n=2、4)对圆形养殖池不同水层(h=1.5,2.0,2.5 m)流场分布特性的影响。结果表明:当推流器数量为2个时,大型圆形养殖池1.5、2.0、2.5 m水层池边流速分别为0.4、0.3、0.1 m/s,当推流器数量为4个时,1.5、2.0、2.5 m水层池边流速分别为0.6、0.4、0.3 m/s;水平方向上,养殖池流速随着池边缘距池中心距离的减小而逐渐减小,垂直方向上,流速随着水层深度的增加而逐渐降低;平均流速分布显示,无论利用2个还是4个推流器推流,都能在养殖池内产生旋转流,但高流速仅仅在养殖池边缘附近,且养殖池中心附近的流速接近于0,导致污物很难到达养殖池中心的排污口。研究表明,推流器数量与大型圆形养殖池不同水层流场分布特性密切相关,养殖池内不同水层的平均流速均随着推流器数量的增加而增大;圆形养殖池由中心到池壁均产生较为明显的流场分区现象,高流速区域分布在养殖池表层池壁附近;大尺寸圆形养殖池在初始水动力条件、推流器数量一定时,环流仅在池边产生,池塘中间位置产生环流较小。本研究结果可为大型圆形养殖池内潜水推流器布设方式的改进提供参考依据。

两种双通道圆形养殖池水动力特性的数值模拟与研究

为给养殖池的池型选择与设计提供理论依据,在相同的池体尺寸、进水速度和池底出水比例条件下,针对Cornell和Waterline两种经典双通道圆形养殖池,对其速度流场进行了计算流体动力学(CFD)仿真分析。仿真应用Ansys 15.0软件中的Fluent模块,采用RNG k-ε湍流模型对两种池型的内部速度流场进行了数值模拟,分析其流场特性并进行对比。结果显示:两种池型的水流速度向池中心方向在很短距离内随着径向距离的减少而急速增大,当达到某一径向距离时,速度达到最大值,然后速度随着径向距离的减小而减小,在池子中心轴线或附近处速度降到最小;在纵向上,与池心相同水平距离处的水体流转速度则随着高度增加而减小;在池底出水分流比小于10%时,Cornell池池底自清洁能力、池子整体流场均匀性均比Waterline池差。仿真结果从理论上验证了两种池型底流比例的经验设计值在10%以上。

基于STAR-CCM+的圆形循环水养殖池进水管布设位置优化

为探究圆形循环水养殖池进水管布设位置对池内的流场分布以及残饵粪便等固体颗粒物排出的影响。该研究基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术,采用STAR-CCM+软件系统地模拟进水管在常见布设角度(θ=0°、45°),不同布设位置(d=0、1/8 r、1/4 r、3/8 r、1/2 r,d为射流管与池壁的距离,r为养殖池半径)工况下,养殖池内的流场分布特性和固体颗粒物的运动特性,并以固体颗粒物的排出率为主要性能指标,对进水管布设位置进行优化分析。监测了距离池底2、16.5、31 cm(底层、中层、顶层)水层的流场分布特性并利用固-液-气三相流模型详细地模拟了固体颗粒物在养殖池内的运动和汇集过程。结果表明:在水力停留时间为20 min下,进水管设置位置明显影响固体颗粒物的排出率,θ=0°时,当布设距离设置为d=0时,固体颗粒物的排出率最低,其余布设距离工况下,排出率均较高(>90%)且相差不大,在d=3/8 r时取得最大值95.0%;θ=45°时,当布设距离设置为d=1/2 r时,固体颗粒物的排出率最低,其余布设距离工况下,排出率均较高(>90%)且相差不大,在d=0时取得最大值94.3%。因此当进水管布设角度θ=0°时,建议不要贴近养殖池边壁;当进水管布设角度θ=45°时,建议距离养殖池边壁不要超过半径的1/2。研究结果可为优化工厂化圆形循环水养殖池的进水管布设距离提供参考,提升循环水养殖的综合性能。

进水流速对圆形循环水养殖池流场特性影响的数值模拟

通过对工厂化循环水养殖进水流速的智能调控,可降低饵料残留,避免水质恶化。为此,本研究采用数值模拟方法探究了进水流速对工厂化循环水养殖池流场特性的影响,并基于该研究设计出一套确定进水流速调控的实验方法。首先,通过对比Standardk-ε、RNGk-ε和Realizablek-ε3种湍流模型及多种壁面函数的仿真效果,确定RNG k-ε模型和标准壁面函数作为仿真配置。同时,针对多相流模型,对欧拉多相流模型和DPM离散相模型进行对比,为提高计算准确性选用DPM离散相模型,并基于上述模型进行网格无关性验证、制定网格划分方案。其次,以大菱鲆(Scophthalmus maximus)养殖为例,模拟不同进水流速下养殖池流场、排污和水温调节的效果。最后,针对仿真结果提出进水流速调控方案。结果显示,日常采用1.0m/s的进水流速,可有效提高适宜流速区面积并控制水处理成本;投饵前,采用0.2m/s的进水流速可以解决循环水养殖中存在的饵料浪费问题;进食结束后,采用1.2m/s的进水流速可快速排出残饵避免水质恶化;水温异常时,采用15℃的水、以1.2 m/s的进水流速注水230 s,可使20℃的水下降到正常水平,精准化控制水温。采用本研究提出的方法,可针对不同养殖生物和养殖环境设计进水流速智能调控策略,可用于解决循环水养殖过程中饵料浪费、水质变差和水温异常等问题。