重力式养殖网箱耐流特性的数值模拟及仿真
随着人们对于鱼类蛋白质需求的不断增长以及海洋渔业资源尤其是近海渔业资源的日益衰退，海水网箱养殖业得到迅速发展，并正成为海洋渔业的一个新的增长点。然而，由于外海水域海况复杂，海流流速和风浪大等原因，深水养殖网箱抗风浪能力及其在海流作用下变形而导致的网箱养殖空间的急剧减少，对实际养殖生产造成严重影响。因此，深水网箱抗风浪和耐流技术的解决已成为制约我国深水网箱养殖业发展的主要工程技术瓶颈。
本文提出了一种基于有限元原理的用于评价养殖网箱耐流特性的计算机数值模拟方法，把网箱上网衣网目的目脚和绳索看成是只能承受拉力的杆单元，利用结构力学的最小位能原理，建立了网箱在水流中的响应的基本方程式，利用Newton-Raphson解法，给出了数值迭代格式。依据文献[7]和[32]，对若干网箱模型在不同流速下网箱的形态、网箱整体阻力和网箱容积的损失率进行了数值计算，并与现有文献的实验结果做比较，验证了数值模型的可靠性和实用性。结果表明，计算机模拟结果可以正确反映网箱在水流中的响应特性，具有较好的解的稳定性和收束性，本方法通过进一步的实验验证，可以为实际网箱设计计算提供理论方法。
其次，由于网箱系统规模大，对其进行常规的模型实验与现场观测难度较大，因此，利用虚拟的数值实验方法在一定程度上替代模型实验和现场试验，既可以大幅度地节省工程设计费用，缩短设计周期，又可以获得许多实际实验难以得到的数据和信息，因此，本方法可以为网箱优化设计提供简便经济的数值试验工具。
第三，数值计算结果可以通过计算机图形技术，在计算机上实现3D虚拟呈现，并能根据需要对网箱的任意部位进行放大观测。此外，还可以根据单元张力的大小在计算机上利用不同的颜色，对网箱任意部位的张力分布情况进行虚拟呈现，此结果可以为网箱的材料选择提供其它观测手段无法提供的数值依据。
第四，计算机模拟结果的精确性和单元的划分有关，单元划分的越多，计算结果就越精确。但单元的划分往往受到计算机硬件运算速度和时间花费的限制，经过本文计算机模拟值和实验值的比较验证，网目群化的方法是可以用于网具、网箱和其他具有柔性网衣的增养殖设施的水动力学计算，只要运用恰当，其计算结果的精度是能够令人满意的。
第五，计算机模拟结果和实验结果均显示，网箱箱体阻力占网箱整体阻力的约90％，网箱容积的损失率与其沉力配备的大小及配置的方式均有较大关系。网箱的容积损耗率越小，其迎流面积必然增大，所以网箱的整体阻力越大，因此数值结果可以为网箱锚泊的半经验半理论设计提供有用的设计参数。
重力式网箱;耐流特性;有限元法;数值模拟;养殖网箱;海水网箱养殖
中国海洋大学
硕士
捕捞学
万荣
2005
中文
S967.3
54
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）