人工鱼礁流场效应与物理稳定性研究

发布时间：2021-10-10 02:39

　　随着海洋渔业资源的衰退和海洋生态环境的破坏，人工鱼礁技术得到迅速发展，成为海洋牧场建设的重要组成部分。人工鱼礁是指人为在水中放置的构造物，主要由一个或者多个自然或者人造的物体组成，其目的是用于改善水生生物栖息环境，为海洋生物提供索饵、繁殖、生长、发育的场所，达到保护、增殖渔业资源和提高渔获物质量的目的。人工鱼礁生态效应的发挥依托于鱼礁投放后的流场效应和物理稳定性。因此，评价某一礁型生态效益是否良好，应首先评价该礁型的流场效应和物理稳定性，即人工鱼礁的水动力性能。我国人工鱼礁研究起步较晚，对人工鱼礁水动力性能的研究也较为单一，很少有学者会系统的分析某一礁型的流场效应和物理稳定性。首先，本文以4种不同形状的人工鱼礁模型为研究对象，借助大型计算流体动力学软件Fluent，以三维湍流模型数值分析为主，分析了4种礁型单体、某一双体组合间距下鱼礁模型周围的流场变化。同时采用粒子图像测速（PIV）技术，对4种礁型单体、组合鱼礁周围的流场进行了模型试验研究。比较模型试验实测结果与数值模拟结果，发现流场指标的计算值与测量值基本吻合，误差均控制在20%以内，因此，采用数值模拟方法分析鱼礁流场分布是可行的。... 

【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：177 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 前言
    1.1 引言
    1.2 人工鱼礁水动力学研究进展
        1.2.1 国内外研究现状
        1.2.2 计算流体动力学的发展
    1.3 本文的研究思路和内容
2 基本理论与数值模型
    2.1 流体动力学控制方程
    2.2 湍流的数值模拟方法
        2.2.1 直接数值模拟（DNS）简介
        2.2.2 大涡模拟（LES）简介
        2.2.3 雷诺时均法（RANS）简介
    2.3 湍流模型
        2.3.1 Reynolds 应力模型（RSM）
        2.3.2 涡粘模型
    2.4 在近壁区使用 k-ε模型的问题及对策
        2.4.1 壁面函数法（Wall Function）
        2.4.2 低 Re 数 k-ε模型
    2.5 控制方程的离散
    2.6 网格的生成
        2.6.1 网格类型
        2.6.2 网格独立性（grid independency）检验
    2.7 基于 SIMPLE 算法的流场数值计算
    2.8 边界条件的应用
3 人工鱼礁流场效应、物理稳定性的评价指标
    3.1 礁体模型的制作
    3.2 试验装置
        3.2.1 PIV 系统
        3.2.2 阻力测定系统
        3.2.3 最大静摩擦力系数测定系统
    3.3 流场效应评价指标
    3.4 礁体稳定性校核指标
        3.4.1 礁体抗滑移安全性校核
        3.4.2 礁体抗倾覆安全性校核
    3.5 礁体稳定性观察研究
    3.6 小结
4 圆管型人工鱼礁流场效应与物理稳定性研究
    4.1 引言
    4.2 圆管型人工鱼礁的流场效应
        4.2.1 试验工况
        4.2.2 试验方法
        4.2.3 试验验证
        4.2.4 布设间距对双体礁周围流场分布的影响
        4.2.5 叠放个数对单体礁周围流场分布的影响
        4.2.6 小结
    4.3 物理稳定性性研究
        4.3.1 试验方法及试验工况
        4.3.2 礁体受力的核算
        4.3.3 礁体稳定性校核
        4.3.4 礁体稳定性观察
        4.3.5 小结
    4.4 本章小结
5 等边三角型人工鱼礁的流场效应与物理稳定性研究
    5.1 等边三角型礁体的结构设计及试验模型的制作
        5.1.1 礁体结构的设计
        5.1.2 礁体模型的制作
    5.2 等边三角型人工鱼礁的流场效应
        5.2.1 试验工况
        5.2.2 试验方法
        5.2.3 试验验证
        5.2.4 布设间距对双体礁周围流场分布的影响
        5.2.5 礁体尺寸对单体礁周围流场分布的影响
        5.2.6 小结
    5.3 等边三角型礁物理稳定性研究
        5.3.1 试验方法及试验工况
        5.3.2 礁体受力的核算
        5.3.3 礁体稳定性校核
        5.3.4 礁体稳定性观察
        5.3.5 小结
    5.4 本章小节
6 镂空方型人工鱼礁的流场效应与物理稳定性研究
    6.1 镂空方型人工鱼礁的礁体结构及模型制作
    6.2 镂空方型人工鱼礁的流场效应
        6.2.1 试验工况
        6.2.2 试验方法
        6.2.3 试验验证
        6.2.4 摆放方式对礁体周围流场分布的影响
        6.2.5 布设间距对双体礁周围流场分布的影响
        6.2.6 礁体尺寸对单体礁周围流场分布的影响
    6.3 镂空方型礁体的稳定性研究
        6.3.1 礁体作用力的计算公式
        6.3.2 礁体安全性校核
        6.3.3 小结
    6.4 本章小结
7 中空立方体人工鱼礁物理稳定性研究
    7.1 引言
    7.2 中空立方体人工鱼礁物理稳定性研究
        7.2.1 试验方法及试验工况
        7.2.2 礁体受力的核算
        7.2.3 礁体稳定性校核
        7.2.4 礁体稳定性观察
        7.2.5 小结
    7.3 本章小结
8 渤海生态修复北戴河示范区规划
    8.1 引言
    8.2 项目概述
        8.2.1 项目背景
        8.2.2 项目建设海域
    8.3 人工鱼礁区的礁体布局
        8.3.1 鱼礁单体的选择
        8.3.2 单位鱼礁的配置
        8.3.3 鱼礁区的建礁规模和总体布局
    8.4 预期效益
    8.5 本章小结
9 总结与展望
    9.1 总结
    9.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3427484