重力式網(wǎng)箱群組系統(tǒng)耐流特性的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著漁業(yè)資源的嚴(yán)重衰退和傳統(tǒng)捕撈作業(yè)漁場的老化，我國漁業(yè)的發(fā)展正在實現(xiàn)由捕撈向養(yǎng)殖的轉(zhuǎn)變，由開發(fā)型向養(yǎng)護(hù)管理型轉(zhuǎn)變。海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)作為當(dāng)前和未來較長時期我國海洋漁業(yè)的一個新的增長點(diǎn)，正在得到迅速發(fā)展。但是，目前海水養(yǎng)殖多集中于內(nèi)灣和近岸淺海處，出現(xiàn)了養(yǎng)殖空間不足、養(yǎng)殖環(huán)境惡化和養(yǎng)殖水產(chǎn)品質(zhì)量下降的一系列問題。為了解決社會對高質(zhì)量水產(chǎn)品需求增長和淺水養(yǎng)殖業(yè)所存在問題間的矛盾，將網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)由內(nèi)灣、淺海推向深水海域，是進(jìn)一步推動漁業(yè)發(fā)展，滿足

2、社會對高質(zhì)量水產(chǎn)品需求，抓住漁業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的契機(jī)的戰(zhàn)略決策之一。 深?？癸L(fēng)浪網(wǎng)箱大多以網(wǎng)箱群組的形式設(shè)置于外海開放性海域，受波浪和海流影響較大。因此，探索并不斷提高深海網(wǎng)箱群組系統(tǒng)的抗風(fēng)浪和耐流能力，保證網(wǎng)箱設(shè)施系統(tǒng)高效、安全，對于網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展具有重要的學(xué)術(shù)意義和實際意義。 本文以重力浮式網(wǎng)箱組成的網(wǎng)箱群組系統(tǒng)為研究對象，利用網(wǎng)箱群組系統(tǒng)在定常流中的有限元數(shù)值模型，采用Newton-Raphson解法進(jìn)行數(shù)值求解，

3、對不同流速、流向、浮繩框深度、網(wǎng)箱間距、纜繩長度和不同錨泊形式下網(wǎng)箱群組系統(tǒng)運(yùn)動響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值計算。通過對計算所得數(shù)據(jù)的可視化處理，可以直觀地實現(xiàn)對網(wǎng)箱群組系統(tǒng)響應(yīng)特性的觀察說明，本方法通過進(jìn)一步的實驗驗證，可以為實際網(wǎng)箱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。 其次，利用有限元法進(jìn)行網(wǎng)箱系統(tǒng)運(yùn)動響應(yīng)的計算機(jī)模擬，其計算結(jié)果的精度和單元的劃分有著密切得關(guān)系。在網(wǎng)箱及網(wǎng)漁具運(yùn)動響應(yīng)的數(shù)值計算中，為了提高運(yùn)算速度和節(jié)減運(yùn)算時問，可以采用“網(wǎng)目群

4、化”技術(shù)，即根據(jù)實際需要呵將若干個實際網(wǎng)目“群化”為一個虛擬的計算網(wǎng)目進(jìn)行計算。本文針對大型深水網(wǎng)箱有限元計算單元數(shù)量巨大的特點(diǎn)，詳細(xì)探討了網(wǎng)目群化技術(shù)對計算過程和數(shù)值結(jié)果的影響，為合理利用和適宜把握網(wǎng)目群化技術(shù)應(yīng)用提供了量化依據(jù)。 第三，本文利用有限元總體剛度矩陣具有對稱性、稀疏性、非零元素呈帶狀分布、正定、主元占優(yōu)勢等特點(diǎn)，以矩陣分塊技術(shù)，內(nèi)外存配合使用并采用直接解法來求解線性代數(shù)方程組等技術(shù)手段，大大提高了計算效能。

5、 第四，計算機(jī)模擬結(jié)果顯示，迎流面和側(cè)流面的錨繩和平行于流向的浮繩框浮繩在流場中的受力較大。在“井”字型和“米”字型錨泊設(shè)計下，迎流面中間的11號纜繩承受網(wǎng)箱群組錨泊系統(tǒng)中的最大張力，是最為容易發(fā)生斷裂的部分，在結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的選取上應(yīng)重點(diǎn)考慮；浮繩框深度對各纜繩受力有一定影響，深度增加纜繩受力減小，但系框繩的受力略有增加；網(wǎng)箱間距對浮繩框受力影響較大，間距越大，浮繩框受力越大，但對錨繩的受力影響較??；適宜的錨繩長度對于網(wǎng)箱系統(tǒng)安全至

6、關(guān)重要，但錨繩過長對纜繩張力的改善并無明顯的作用；“井”字型錨泊形式側(cè)流面纜繩受力較大，但對整個系統(tǒng)的形狀保持較好；“米”字型錨泊形式節(jié)約纜繩，但背流面浮繩框變形較大，需對此進(jìn)行特別的優(yōu)化設(shè)計，以滿足實際工程需要。根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果，往復(fù)流的作用是網(wǎng)箱群組錨泊系統(tǒng)安全性檢驗的主要考慮因素。 第五，在設(shè)計和安裝網(wǎng)箱群組系統(tǒng)時，建議浮框繩深度應(yīng)控制在網(wǎng)箱高度的50％左右，網(wǎng)箱間距為網(wǎng)箱直徑的50％左右，纜繩長度為深的2.5倍左右。以上