一種深海養殖網箱群組水動力響應數值模擬方法

2023-05-19 12:37:56 1

專利名稱：一種深海養殖網箱群組水動力響應數值模擬方法
技術領域：
本發明屬於水產養殖工程、水利工程和海洋工程技術領域，特別涉及一種在海洋環境荷載作用下深海養殖網箱群組水動力響應數值模擬方法。
背景技術：
早在19世紀70年代，中國就開始利用網箱進行水產養殖活動；在上世紀八、九十年代，網箱水產養殖得到了快速的發展。截至2006年，全國有超過100萬隻網箱，養殖了 30 多種魚類。在中國，網箱養殖的魚每年大約30萬噸，海洋養殖網箱已經成為了水產養殖的支柱產業。但是中國的傳統網箱大部分都分布在近岸，這會引起一系列的問題首先，傳統網箱不能抵抗強風浪的侵襲，而分布在擁擠的近岸，近岸養殖密度超過了水體環境的承載極限，從而造成水體的汙染以及網衣本身的汙染；其次，大部分的近岸水體受到來自海岸線上的工業汙染，這將導致養殖魚類的品質下降，甚至死亡，降低了養殖效率，從而限制了水產養殖的發展。深水網箱養殖成為水產養殖可持續發展的必然選擇。深海網箱養殖有以下優點高科技及自動化，使用年限長以及抗汙染、抗風浪能力強，大容量，經濟效益更好，風險小，低成本，魚類產品的高品質以及高價格。雖然深海養殖網箱有諸多優勢，但是也同樣面臨很大的挑戰，深海海洋環境相對近岸更加惡劣，網箱受到海洋環境荷載作用力也更大， 為了設計合適的深海網箱錨繩系統，需要開展網箱水動力特性的研究。為了研究網箱的水動力特性，學者們開展了廣泛的研究，這些研究主要集中在網衣以及單個網箱的水動力特性，對於組合式網箱群組的水動力研究很少，而深海網箱主要是以組合式網箱群組的形式存在，因此開展組合式網箱群組的水動力特性研究對於深海網箱系統的設計有重要的科學
眉、ο

發明內容
為了輔助深水網箱群組結構的設計，本發明的目的是開展深水網箱群組結構在波浪作用下的水動力特性，分析深水網箱群組結構在波浪荷載作用下的錨繩受力以及浮架運動，分析網箱在不同布置條件下的錨繩受力情況，對網箱錨繩系統進行優化。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下一種深海養殖網箱群組水動力分析的數值模擬方法，包括以下步驟A、建立浮架模型浮架包括兩個同心圓環形浮管、扶手和連接構件，浮架一般漂浮於水面之上，兩個浮管是主要的受力構件；為了分析浮架的受力，浮架被簡化成兩個浮管；為了計算作用於浮管的外力，浮管被分成許多的微段；局部坐標系η- τ -ν固定於每一個浮管微段，η軸和τ軸分別為微段的法向和切向，ν軸垂直於微段所在的平面；整個浮管受到的外力可以通過每一個微段上的外力求和得到；因為浮管的管徑遠小于波浪的波長，採用修正的莫裡森公式計算作用於浮管微段上的波浪力，該公式考慮了波浪與浮管微段之間的相對運動，表示如下
權利要求
1. ー種深海養殖網箱群組水動力分析的數值模擬方法，其特徵在於包括以下步驟 A、建立浮架(3)模型浮架C3)包括兩個同心圓環形浮管、扶手和連接構件，浮架C3) —般漂浮於水面之上， 兩個浮管是主要的受カ構件；為了分析浮架(3)的受力，浮架(3)被簡化成兩個浮管；為了計算作用於浮管的外力，浮管被分成許多的微段；局部坐標系n- T -V固定於每ー 個浮管微段，n軸和T軸分別為微段的法向和切向，V軸垂直於微段所在的平面；整個浮管 受到的外力可以通過每ー個微段上的外力求和得到；因為浮管的管徑遠小于波浪的波長，採用修正的莫裡森公式計算作用於浮管微段上的 波浪力，該公式考慮了波浪與浮管微段之間的相對運動，表示如下
全文摘要
本發明公開了一種深海養殖網箱群組水動力分析的數值模擬方法，包括以下步驟建立浮架模型；建立網衣模型；建立錨繩模型；建立浮球模型；聯立運動微分方程求解。本發明採用集中質量法以及剛體運動學原理模擬深水網箱群組結構在波浪作用下的水動力響應，採用本方法可以獲得深水網箱群組結構的錨繩張力和浮架運動；根據我們的物理實驗驗證發現數值模擬得到的浮架運動以及錨繩張力與實際吻合。本發明能夠分析多網箱組成的網箱群組的水動力響應，能夠對組合式網箱錨繩系統進行優化。
文檔編號G06F17/50GK102368279SQ20111031769
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者董國海, 許條建, 趙雲鵬 申請人:大連理工大學