波浪作用下半潜式网箱浮架结构的参数敏感性分析

为了探究半潜式网箱在波浪作用下的力学性能,针对该网箱构件的外径进行参数敏感性分析,采用边界元方法建立了一种半潜式网箱的水动力数值计算模型,在验证模型准确性后,引入有限元方法计算了网箱的应力分布。随后基于拉丁超立方抽样法抽取样本方案并计算了各个设计参数的Spearman系数,依据该系数对各设计参数的敏感性进行了整体分析。随后进一步单独分析了参数的敏感性,给出了这些参数在结构优化时的推荐取值范围。结果显示,半潜式网箱的各设计参数在其取值范围内与网箱最大应力呈负相关关系。其中:下支撑管外径的敏感性最高,而其他参数的敏感性较接近。上弧管和下弧管外径推荐的取值范围较大,分别为36~56 cm和46~76 cm;中弧管、斜管和细立柱外径推荐的取值范围较小,分别为23~28 cm、38~40 cm和50~60 cm;下支撑管和上支撑管外径的取值不得低于70 cm和50 cm。研究结果可为半潜式网箱在波浪作用下的结构优化提供参考。

半潜式养殖网箱全耦合数值模型及其在规则波下的动力响应特性

随着水产养殖从近海至深远海的发展,具有抵抗恶劣海况能力的新型半潜式养殖网箱被相继设计和制造,研究其水动力性能具有重要的工程意义。基于势流理论和莫里森模型,结合三维面元法和有限元法建立半潜式养殖网箱主体框架-网衣-系泊系统全耦合数值模型,在验证数值模拟的可靠性后,分析规则波下网箱的水动力响应与结构应力响应,重点关注网箱各部分的相对运动。结果表明,网箱的运动由慢漂运动和波频运动两部分组成,其中慢漂运动会造成平衡位置的偏置;在波浪传播方向上,框架中同一高度处的节点几乎不发生相对运动,而不同高度处的节点由于竖向梁的旋转和弯曲而存在相对错位;侧向网衣中心区域存在较大的结构变形,从而导致了柔性网衣与主体框架存在较大的相对运动。此外,还分析了波浪参数和网衣密实度对网箱运动的影响。研究成果可为半潜式养殖网箱数值模拟方法提供一定参考。

波浪作用下潜降式网箱及锚泊系统水动力特性研究

通过物理模型试验研究了周长40 m、网高7 m的HDPE圆形潜降式网箱在波浪作用下的锚绳受力与运动特性,探究浮绳框深度和浮球体积对网箱水动力特性的影响。试验采用双尺度模型相似准则,网箱采用水下网格式锚泊系统。波浪周期范围1.0~1.8 s,波高范围6~18 cm。结果表明:增大浮绳框深度或浮球体积,锚绳受力的总体趋势都随之增大。漂浮状态下,当浮绳框深度增大时,网箱垂荡值减小,网箱纵荡值增大而网箱纵摇值变化较小;当浮球体积增大时,网箱垂荡运动和纵摇运动无明显变化,网箱纵荡值增大。下潜状态下,当浮绳框深度增大时,网箱垂荡运动无明显变化,网箱纵荡值减小而网箱纵摇值增大;增大浮球体积对网箱垂荡运动无明显影响,但网箱纵荡和纵摇运动值增大。研究结果可为潜降式网箱锚泊系统研发提供理论参考。

均匀流作用下半潜式养殖网箱立柱和网衣耦合水动力数值研究

为满足水产养殖场向深远海扩张的趋势,近年来一系列新型网箱概念被提出。该文以半潜式网箱的基本组成单元,立柱—网衣组合结构为研究对象,对其在均匀流下的水动力耦合特性开展了数值研究。采用多孔介质模型对网衣结构进行建模,采用k-ε湍流模型进行数值计算;测量了仅立柱、仅网衣和立柱—网衣组合结构的升阻力特性,初步揭示了立柱和网衣之间的水动力耦合机理。研究结果表明:网衣结构的存在总会使立柱所受阻力增加,这主要与立柱前侧表面压强增大有关;相反,立柱结构的阻塞作用会影响网衣区域的局部流场,使网衣所受阻力增大,其对网衣升力的影响主要与来流角度有关。该研究表明,对新型半潜式网箱等海洋结构物进行水动力分析时,应当考虑立柱和网衣之间的水动力相互作用。