相对弧宽比对双通道方形养殖池的流场优化研究

为改善双通道方形养殖池内流场特性,通过研究圆弧角和直边的池壁组合方式对其进行流场优化,从而为循环水养殖产业提供更好的养殖装备。利用计算流体力学技术对双通道养殖池内流场进行三维数值模拟,通过对修正速度v_(0)和均匀系数UC_(50)的分析,评估了相对弧宽比(R/B,R为圆弧角半径,B为池壁边长)对池内流场特性的影响。结果表明,不同的底流分流比(养殖池底部中心排水口的出流流量占总体出流流量的百分比)工况均呈现相同规律,即在相同的水体交换率下,0.2≤R/B<0.4的方形圆弧角养殖池的平均流速大约为方形养殖池的2倍,而与圆形养殖池相比无明显差异;且在流场均匀性分析中发现,0.2≤R/B<0.4的方形圆弧角养殖池均匀系数较高,甚至优于圆形养殖池的流态。研究表明,方形圆弧角养殖池的圆弧角可有效缩小方形养殖池中直角所导致的低流速区域面积,且保留了较高的空间利用率。方形圆弧角养殖池结合了方形养殖池和圆形养殖池的优势,可较好地解决双通道方形养殖池内流态不佳的问题,具有良好的产业推广及应用价值。

双通道排水系统对矩形圆弧角养殖池流场特性的影响研究

为改善养殖池内水动力条件和基于提高养殖池自净能力的需求,采用双通道排水系统实现养殖池内固体废弃物的第一级有效分离,并对双通道养殖池内的流场特性开展研究。基于计算流体力学(CFD)技术建立了矩形圆弧角养殖池的三维湍流数值模型,并对单通道和双通道养殖池流场特性进行对比分析。结果显示:在单管入流条件下,双通道养殖池的平均速度比单通道养殖池平均增长约7%,阻力系数平均降低约13%,同时均匀系数UC50平均大幅提高约23%;而在双管入流条件下,双通道养殖池的平均速度比单通道养殖池平均增长约8%,阻力系数平均降低约14%,均匀系数UC50平均增长约7%。研究表明,双通道养殖池的底流分流比对于流场特性的影响较小,双通道排水系统能够有效改善养殖池内水动力条件,增强水力混合特性。

单进水管结构对单通道矩形圆弧角养殖池水动力特性的影响研究

为研究进水结构及其设计参数对循环水养殖池水动力特性的影响,采用流体动力学仿真技术,基于有限体积法和有限差分法建立三维数值计算模型,对矩形圆弧角养殖池在单进水管结构水力驱动模式下,不同射流孔数和进水管布设位置对养殖池内(尤其是池底)流场的影响进行三维数值计算,并对排污口附近的复杂流场特征进行了重点分析。结果表明:提高日循环次数(本研究增加射流孔数)有利于增加养殖池内平均流速与速度分布均匀性;进水管布设于圆弧角位置是优选布设,有利于改善养殖池底部水动力特性。研究表明,进水管采用圆弧角位置布设,日循环次数为100~120次/d(本研究对应射流孔数为18~21个)时,养殖池内尤其是底部能达到较优流场状态,该结果可为工厂化循环水矩形圆弧角养殖池进水结构的参数设计和布设位置选择提供参考依据。

圆弧角优化对单通道方形养殖池流场特性的影响研究

为改善方形养殖池的流场特性并保持较高的空间利用率,提出将圆形养殖池的良好水动力特性和方形养殖池的高空间利用率优势相结合,以圆弧角代替直角的方式优化方形养殖池,运用计算流体力学建立了三维湍流数值计算模型,对不同圆弧角尺度(圆弧角半径与池体宽度之比,即相对弧宽比为0~0.5)和进水流量(400、814、1174 L/h)的单通道方形养殖池流场特性进行研究,同时基于养殖池流场特性对养殖池类型进行定义。结果表明:当0.2≤R/B<0.4时,养殖池的平均流速相比方形养殖池明显提升,阻力系数降低,在进水流量较大(1174 L/h)时流场均匀性显著改善,同时有别于圆形养殖池水动力特性,并将此类养殖池定义为方形圆弧角养殖池。研究表明,R/B=0.20、0.25是兼具较好流场均匀性和高空间利用率的方形圆弧角养殖池,本研究结果可为方形圆弧角养殖池的设计提供理论依据和优选设计参数。

方形圆弧角养殖池进水结构对流场影响的试验研究

为研究方形圆弧角养殖池进水结构对池内流场的影响,本文结合实际工厂化循环水养殖池尺寸参数设计了单通道排污的养殖池物理模型试验系统,利用声学多普勒流速仪对试验布点进行测量,对进水方式(单管、双管间隔式、双管相邻式进水)、水体日循环次数(60~120次/d)、进水管入射角度(0~90°)参数开展试验研究,分析了养殖池内流场在不同水力驱动模式下的变化规律。结果表明:进水结构对养殖池流场分布有显著影响,其中单管弧壁、对弧双管进水时池内水体平均流速较高;水体日循环次数较多时,流场速度从池壁到池中心总体呈现先减小后增大的趋势,池内水体平均流速与水体日循环次数之间呈非线性增长关系;采用单管弧壁和对弧双管进水,进水管入射角度为0~90°时,随进水角度的增加,池内水体平均流速呈先升高后降低趋势。研究表明,单管弧壁、对弧双管两种进水位置均可用于方形圆弧角养殖池的设计,两种进水方式进水管入射角度为50°时池内水体平均流速最高,且随着水体日循环次数的增加池内流场效果越好,本研究结果可为工厂化循环水方形圆弧角养殖池的设计提供理论依据和优选设计参数。

基于CFD的进水管布设位置对沉降式固体颗粒排污影响的数值模拟

为研究不同进水系统结构对单排污通道矩形圆弧角养殖池内沉降式固体颗粒物排出效率的影响规律,优化养殖池进水结构并提高养殖池系统的集排污性能,运用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真技术构建固-液两相流数值计算模型,研究了弧壁单管和直壁单管养殖池系统内不同密度(1100、1200、1300、1400、1500 kg/m^(3))和粒径(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mm)的沉降式固体颗粒物的排出效率。结果表明:固体颗粒物的最终排出率与进水管布设方式及自身属性(密度与粒径)均相关;对于不同密度的颗粒物而言,弧壁单管进水模式下,5种密度的固体颗粒物的最终排出率较直壁单管进水模式平均提高28.60%,且随着密度的增加固体颗粒物的最终排出率呈现先增大后减小的趋势,直壁单管进水模式下,颗粒物的排出率随颗粒物密度的增加而降低;对于不同粒径的颗粒物而言,弧壁单管进水模式下,7种粒径的固体粒子的最终排出率较直壁单管进水模式平均提高38.32%,两种进水模式下,固体颗粒物最终累计排出率均随颗粒物粒径的增大呈现先降低后增加的趋势。研究表明,进水管布设于弧壁位置(进径比C arc/B arc=0.01)能够有效提高沉降式固体颗粒物的排出率,本研究结果可为优化工厂化循环水养殖池系统的集排污性能提供参考。

直壁双管结构射流角度对方形圆弧角养殖池流场的影响研究

为改善水产养殖池内的水动力条件,同时兼顾降低工厂化循环水养殖的能源消耗,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术,建立对直双管(两个进水管布设于不相邻的两个直壁中间位置)入流的养殖池三维数值计算模型,对不同射流角度的方形圆弧角养殖池内流场特性开展数值模拟。结果显示:射流角度对养殖池内平均流速和流场分布均匀性的影响明显;在同一循环次数设定条件下,当射流角度在0°~10°区间,有利于获得更高的水体流速和更均匀的流场,尤其以射流角度为0°时效果最优,养殖池内流场特性总体上优于其他工况,满足降低养殖能耗与兼顾营造养殖生物所需适宜流场的需求。本研究可为工厂化循环水养殖系统养殖池流场的设计建造提供参考。

矩形圆弧角养殖池系统固液两相流数值模型的构建与进径比影响研究

为研究单通道排污的矩形圆弧角养殖池系统集排污性能,采用RNG k-ε湍流模型与DPM模型相结合的方式建立固-液两相流动的数值计算模型。在试验验证的基础上开展单管入流模式下,进径比(参数C/B,C是射流孔位置到养殖池壁的水平距离,B是养殖池短边边长)对单通道排污的养殖池系统内沉降式固体颗粒物的汇集规律和排出效率进行研究。结果表明,养殖池系统的集排污性能与养殖池内尤其是池底的流场条件密切相关。基于进径比参数C/B的调整可优化池内及池底的流场条件,进而提高养殖池系统的集排污性能。研究表明,进径比参数C/B=0.03时,即有利于养殖池系统获得最佳流场条件又可明显提高养殖池系统的集排污性能,对工厂化循环水养殖系统构建具有重要价值。

双进水管系统对单通道矩形圆弧角养殖池水动力特性影响的数值研究

为研究双进水管结构工况不同布设位置对海水循环水矩形圆弧角养殖池池底水动力特性的影响,基于RNG k-ε湍流模型,应用计算流体力学仿真技术,对双进水管结构工况下6种不同布设位置的养殖池内部流场进行三维数值模拟,采用流体动力学特征量重点分析排污口附近复杂的流场形态。研究结果表明:双进水管结构中进水管的布设位置对养殖池底部流速分布影响显著,双进水管均布设在圆弧角位置是优选布设,有利于改善养殖池底部水动力特性。

单通道方形海水养殖池基于流场均匀性的结构优化研究

由于海水循环养殖生产中常见的方形养殖池存在较大的低流速容积(死区容积),本文提出以圆弧角代替直角的方式对方形养殖池结构进行优化,既保持较高空间利用率,又可以改善养殖池的流场均匀性。本文建立了不同圆弧角尺度养殖池的三维湍流数值计算模型,运用计算流体力学技术(computational fluid dynamics,CFD)对养殖池流场均匀性开展研究,重点分析了养殖池内流速分布,并提出研究流场均匀性的判别系数UC_(50)(均匀系数)。研究结果表明:相比方形养殖池,0.2≤R/B(相对弧宽比)<0.4时养殖池内的中流速区占比相对较高,流场均匀性显著改善。本文的研究成果为方形圆弧角养殖池的设计给予了理论依据,为方形养殖池的结构优化提供优选设计参数。