浮式板-网阻流装置周围流场特性研究

随着深远海渔业养殖工程的推进,如何通过装备设计来降低海流流速是大型网箱养殖向深远海发展的关键技术之一.文中提出一种新型板—网阻流装置,利用刚性板与柔性网衣对水流质点的阻滞效应,达到阻流效果.基于Realizable k-ε湍流控制方程,建立粘性流的三维数值水槽,采用含多孔介质的动量源项模拟水流与网衣的相互作用,对不同流速和网衣密实度条件下阻流装置的阻流效果进行了参数化分析.研究结果表明：在0.8～1.5 m/s流速范围内,随着流速的增加,阻流装置阻流效果逐渐降低,但总体阻流效率不低于35%;根据不同水深处测点流速变化可研究发现,网衣与刚性结构阻流效果较为接近,表明网衣能够有效进行阻流,同时增加网衣密实度,能够提高阻流装置阻流性能.     

基于多孔介质模型的网衣对波流场影响的数值模拟研究

用多孔介质模型模拟网箱中的刚性金属网衣。基于计算流体力学软件STAR-CCM+,建立稳定的来流作用下刚性网衣对周围流场影响的数值模型,研究水流经过网衣后流场的变化及流速衰减,并与模型试验结果进行比较,验证了多孔介质模型模拟网衣周围流场的正确性。建立了波浪与网衣相互作用的数值模型,分析刚性网衣对波浪衰减的影响以及网衣的波浪透射系数与波浪参数之间的关系,为对网箱内部波流场的研究提供参考。     

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。     

均匀流下的圆柱形网衣变形数值模拟

为探究均匀流作用下圆柱形网衣的变形情况及各参数对其变形的影响,基于完全挠性构件静力学基本方程建立网衣系统静态迭代求解算法,并通过将数值模拟结果与已有试验研究结果相对比验证该求解算法的准确性。以某圆柱形网衣为例,模拟其在均匀流作用下的变形情况,研究沉子的重量和分布形式对网衣变形状态的影响。结果表明：在大部分情况下增加沉子重量可减少网衣体积损失,但也存在例外;迎流侧沉子对网衣变形的影响较大,可通过调节个别沉子的重量减小网衣变形;均匀分布的沉子更有助于减小网衣变形。     

渔业网衣完整性计算方法研究

针对如何在水产养殖装备设计阶段评估网衣系统完整性,保证渔业生产安全,给出了一种网衣完整性计算方法。在保证群化精度条件下,利用网目群化方法建立数值网衣模型,并将群化模型和AquaSim软件的计算结果进行了对比,验证了该方法的准确性。在此基础上对极端工况下网衣完整性关键影响因素作了分析,包括网目形状、固定方式2种类别型变量,以及网目长度、网线线径、纲绳线径、横纲间距4种连续型变量,对连续型变量作了相关性分析,采用多元回归分析方法拟合得到网衣完整性快速评估模型并进行了验证。结果表明,在结合实际工程情况下对网衣结构设计变量进行试验设计和多元回归分析,实现网衣系统完整性评估是可行的。     

空泡尾部流场特性数值模拟研究

使用商用软件FLUENT6.0,对不同的空泡形态下空泡尾部的阻力特性进行了数值模拟研究.研究表明,随着通气率的增大和空泡形态的增长,运动体尾部阻力系数逐渐减小,并且在减小至谷底后又开始回升.尾部压差阻力系数大于粘滞阻力系数,二者均随着通气率的增加而减小.并且压差阻力系数在达到最小值后开始逐渐增大,因而使得总尾部阻力系数在减小至谷底后开始回升.运动体尾部沾湿长度随着通气率的增大而减小,尾部阻力系数则随着尾部沾湿长度的增大而增大.     

水流流向对圆柱群阻力特性影响研究

为解决工程实际中桩群码头的水流绕流阻力计算问题,以指导涉及桩群的物理模型试验和数值模拟计算等工作,在归纳总结已有的研究成果的基础上,通过先进的数显式测力设备和悬浮测力法对有限深度均匀水流中,不同水流流向对圆柱群绕流阻力影响的测试研究,得出迎流角对圆柱桩群阻力的影响规律,并得出圆柱桩群阻力的迎流角影响系数和其经验公式,并进一步归纳总结出迎流角度为θ的矩形排列圆柱桩群的总阻力计算经验公式;并通过试验测试得到了良好的验证,证实了这些研究规律和公式的正确性和可靠性.该研究成果进一步完善和发展了有限深度均匀水流中,水流流向对圆柱群绕流阻力影响特性规律,并指出该研究的工程意义与价值.     

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.     

秦皇岛港防风网结构动力特性分析研究

通过研究秦皇岛防风网结构的动力特性,以及脉动风压作用下防风网结构的动力响应特性,解决秦皇岛防风网工程的结构安全问题。分析可知,工程采用的防风网结构自振周期远离能量较大的脉动风荷载周期,不会发生共振现象。     

膨胀珍珠岩模型沙水力学特性试验研究

泥沙实体模型试验中,模型沙的选用及其物理、运动特性的确定直接关系到泥沙运动及河床变形的相似性和试验成果的精度。文章对以膨胀珍珠岩为基材研制的膨胀珍珠岩模型沙进行了容重、起动流速、沉速、水下休止角的研究分析。结果表明:该膨胀珍珠岩模型沙与其它模型沙相比,具有容重可调、粒径范围广、颗粒形态同于天然沙、物化性质稳定等优点,具有较大的开发研究和推广应用价值。     

金属导爆索网栅结构水下爆炸声学特性研究

为了获得连续水下爆炸声源,文章设计了金属导爆索网栅结构,并开展了水下爆炸压力测试和气泡脉动实验,研究了金属导爆索网栅结构水下爆炸的声压级特性,水下爆炸的声持续时间,对应的混响效应,利用Hilbert-Huang变换对水下爆炸信号的频谱特性进行了分析.研究结果表明:金属导爆索网栅结构水下爆炸可根据设计连续产生多个脉冲冲击波信号,形成近似平稳的连续波,随后产生的气泡脉动和混响效应能够明显提高水下爆炸声的持续时间;金属导爆索网栅结构具有很强的声功率,水下爆炸声压级最高能够达到249 dB,爆炸60 ms后金属导爆索的爆炸声压级仍在200 dB以上;金属导爆索网栅结构水下爆炸声频率范围广,在100 kHz以下低频段能量最高.金属导爆索网栅结构水下爆炸脉冲信号频率成分丰富,具有低频和瞬时的特点,且大部分集中在100 kHz以下,尤以50 kHz以下的最为明显;脉冲信号具有多个能量峰值,能量值较集中,波动能量基本上都集中在频率为100 kHz范围以内,尤以50 kHz以下的低频能量最大,高于100 kHz以上频段的能量的分量很小.脉冲冲击波的个数和声持续时间可由金属导爆索网栅的排列方式和长度控制,脉冲冲击波间的时间间隔可调,发生装置稳定易控.     

船闸单侧闸墙主廊道输水系统岔管水动力特性研究*

船闸单侧闸墙主廊道输水系统具有结构简单、开挖量小、工程投资省等优点,在河谷狭窄、边坡陡峭等地形受限地区具有明显的技术优势,但工程应用难点之一在于如何保证廊道内断面流速的均匀性,避免出现严重的偏流、脱流现象。依托嘉陵江草街二线船闸工程,采用通用CFD软件FLUENT,对船闸单侧闸墙主廊道双阀门输水系统布置中的岔管水动力特性进行较为详细的研究,探讨岔管分岔角、墩头曲线形式以及外壁曲线形式对岔管水力特性的影响,提出外壁采用正弦曲线,内壁采用圆弧-直线-圆弧形曲线的单侧输水廊道阀门段岔管布置体形,可为类似工程设计提供参考。