圆台型人工鱼礁流场效应的数值模拟研究

发布时间：2017-04-19 17:10

  本文关键词：圆台型人工鱼礁流场效应的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近十多年来,以人工鱼礁建设、增殖放流等为主要内容的海洋牧场建设已成为我国近海渔业资源修复与保护的重要手段,并取得了显著成效。人工鱼礁建设是通过在适宜的海域投放人工构造物,改善局部水域的流场环境、生物环境和鱼类栖息环境,促进海域渔业生态环境的修复,从而达到增殖渔业资源的目的。其中,人工鱼礁流场效应是人工鱼礁生态效应的基础,人工鱼礁投放后的流场效应须有利于促进水域饵料生物的富集和鱼类的集聚。人工鱼礁流场效应与礁体结构形状及其配置方式、投放水域的地形与本底流场等因素有关,因此掌握和了解人工鱼礁的水动力学特性,对鱼礁礁型的选择及礁体的优化配置具有重要意义。本文运用计算流体力学理论,借助软件Fluent,对圆台型人工鱼礁的流场效应进行了数值模拟,通过对鱼礁所产生的上升流、背涡流及流动分离、漩涡发展演化等的分析与讨论,提出了圆台型人工鱼礁优化设计方案及其结构参数。1、随着鱼礁迎流面坡度的增大,鱼礁上升流最大速度与来流速度比呈先增大后减小的趋势；上升流平均速度与来流速度比基本稳定在0.14到0.18之间,未有较大波动；上升流最大高度与鱼礁高度比,先减小后增大；礁体迎流面坡度在200%-400%范围内,礁体的上升流流态效果最佳。2、通过礁体高度、坡度、礁体开口等因素对鱼礁流场效应影响的系列数值模拟,提出了圆台型人工鱼礁的优化设计参数：礁体高度2.4m,礁体坡度320%,礁体表面最佳开口宽度0.1m,上表面直径1.5m,下表面直径3m。3、两个圆台型人工鱼礁纵向排列配置时,礁体之间的最佳纵向布设间距为1-1.5倍礁体底面直径。其最大上升流高度随着礁体布设间距的增加,呈现先增大后减小的趋势,且最大上升流高度均大于单体礁,但最大上升流流速均小于单体礁；圆台型人工鱼礁内部及背涡区流态复杂,形成了多种漩涡,加剧了水层混合,其背涡区流态的絮乱程度满足要求,所产生的漩涡大小不随来流速度的改变而改变。4、水槽实验初步验证结果表明,80%以上测点的测量值与计算值误差在20%以内,说明数值模拟方法具有一定的可行性。
【关键词】：圆台型人工鱼礁 流场效应 数值模拟
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S953.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 前言11-17
• 1.1 引言11-13
• 1.2 人工鱼礁水动力学的研究进展13-15
• 1.3 计算流体力学15-16
• 1.4 研究方法与内容16-17
• 1.4.1 研究方法16
• 1.4.2 研究内容16-17
• 2 计算流体力学基本理论17-26
• 2.1 基本方程17-18
• 2.2 湍流的数值模拟方法18-20
• 2.2.1 直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,DNS)19
• 2.2.2 非直接数值模拟19-20
• 2.2.2.1 大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)19
• 2.2.2.2 雷诺时均方法(Reynolds-Averaged Navier-Stokes,RANS)19-20
• 2.3 湍流模型20-23
• 2.3.1 雷诺应力模型(RSM)20-21
• 2.3.2 涡粘模型(EVM)21-23
• 2.4 控制方程离散23-24
• 2.5 网格生成24-25
• 2.6 流场的数值计算方法25-26
• 3 人工鱼礁迎流面坡度对流场效应的影响26-34
• 3.1 实物礁体设计26-27
• 3.2 数值计算27-28
• 3.3 结果与分析28-33
• 3.4 小结33-34
• 4. 圆台型人工鱼礁结构优化研究34-56
• 4.0 礁体结构34-35
• 4.1 计算域35-36
• 4.2 结果与分析36-39
• 4.3 开口宽度对圆台型人工鱼礁流场效应的影响39-47
• 4.3.1 实物礁体39-40
• 4.3.2 结果与分析40-47
• 4.4 几种常见礁型鱼礁主要流场效应特性的比较47-51
• 4.4.1 上升流特性47-50
• 4.4.2 背涡流特性50-51
• 4.5 礁体布设间距对其流场效应的影响51-54
• 4.5.1 计算域51-52
• 4.5.2 结果与比较52-54
• 4.6 小结54-56
• 5 圆台型人工鱼礁流场效应的水槽实验56-59
• 5.1 实验鱼礁模型56
• 5.2 测量方法与设备56-57
• 5.3 结果分析与验证57-59
• 6. 总结展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-68
• 致谢68-70
• 个人简历70

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本文编号：316736