波浪作用下人工浮鱼礁水动力特性研究

发布时间：2020-05-19 23:55

【摘要】：由于过度捕捞和环境污染,海洋渔业资源面临枯竭,海洋环境迫切需要修复和保护。人工鱼礁是用来修复海洋环境、增殖海洋渔业资源的一种人工构造物,其中浮鱼礁主要用于诱集和保护中上层鱼类,投放受底质条件限制较小,尤其在淤泥底质的海域具有良好的适应性。浮鱼礁主体结构处于中上层位置,受波浪等动力环境影响较大,鱼礁的结构安全性和稳定性是设计和投放中需要重点关注的问题。本文主要采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法研究箱式浮鱼礁在波浪作用下的水动力特性。首先,基于变尺度相似准则制作模型浮鱼礁,利用CCD图像追踪技术研究模型浮鱼礁在不同波高下的运动情况。然后,采用集中质量点法、有限单元法和刚体运动学原理建立数学模型,1:1模拟比较模型浮鱼礁的运动情况。结果表明,在数值模拟与物理试验中,浮鱼礁的水平负向运动距离误差为13.95%,正向运动距离误差为2.42%,运动距离总误差为8.08%,说明本文建立的数值模型能较好地模拟浮鱼礁在波浪作用下的运动情况。最后,利用该数值模型研究原型浮鱼礁在波浪作用下的水动力特性。结果表明,当入水深度一定时,浮鱼礁的水平最大偏移、最大偏转角度、网衣和锚绳受力随着波高增加而增加,当波高为1 m时,浮鱼礁几乎处于静止状态;波高变化对浮鱼礁箱体最大偏转角度没有影响,箱体不发生偏转会而是向前方和下方运动;波高变化对浮鱼礁系统的影响主要体现在锚绳受力上,且四根锚绳受力大小不同。波高一定时,浮鱼礁的水平最大偏移、最大偏转角度、网衣和锚绳受力随着入水深度增加而减小,当入水深度达到两倍波高时,浮鱼礁运动趋于静止,此入水深度可作为浮鱼礁投放的临界值。本文研究了波浪作用下浮鱼礁水平最大偏移、箱体偏转角度、网衣和锚绳受力情况,研究结果可以为浮鱼礁结构设计、安全性评估以及实际投放提供理论依据和参考。然而,实际海域中浮鱼礁会受到波浪和水流的共同作用,关于水流对浮鱼礁水动力特性的影响有待进一步系统深入的研究。
【图文】：

鱼礁,日本人

1.2.2 浮鱼礁研究现状日本对浮鱼礁的研究处于世界领先地位，对浮鱼礁的建设已形成标准化、规模化制度化，拥有适用于大水深和全水层的浮鱼礁，且已投入应用，并取得了很好的效果如：礁体位置为海面的表层浮鱼礁，礁体位置为海面以下 20 m 的中层浮鱼礁，整高度 90 m 左右、应用于大水深海域的深海浮鱼礁，其中产业化生产成品有 A1 和 A等大型浮鱼礁[32]。

示意图,网衣,示意图,相似准则

2 变尺度的网衣重力相似准则网衣模型与实物之间要遵循刚度相似准则、几何相似准则、动力相似似准则、重量相似准则。前文提到，网衣若只遵循几何相似准则进行和网目大小同步缩放会影响模型附近的流态，进而影响试验结果。为加准确，本文在网衣模型设计中采用了变尺度重力相似准则的方法。作用下受力可以将网衣目脚视为细圆柱体，，利用莫里森方程进行计算大小的主要因素是网目与水流的垂直投影面积，因此网衣在满足动力下，改变网衣直径和网目大小的几何相似比尺是可行的。本文中定义浮鱼礁实物的大比尺为 λ 小比尺为 λ'，根据重力相似准则，网衣目脚的投影面积 A 的比尺为 λ2。上文提到，当模型网衣重力满足时，可采用变尺度网衣重力相似准则进行计算，在计算网衣质量时，在水中的填充率，计算网衣在水中的重力和浮力，减小网衣质量修正充率和网衣的材质以及加工工艺有关，对于常见的网衣，尼龙网的网，聚乙烯网的网衣填充率为 0.677。下面对一个目脚进行分析
【学位授予单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S953.1

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