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[期刊] 水产学报
[作者]
戚福清 林军 张清雨
为了解侧板结构对八棱柱型人工鱼礁流场效应的影响，本文基于计算流体力学方法（Computational fluid dynamics， CFD），利用大涡模拟（LES）对四种不同侧板结构的八棱柱型人工鱼礁周围流场的变化进行数值模拟，并以上升流体积、背涡流体积和向上输运通量等为流场效应指标进行了分析。同时利用水槽实验对数值模型进行验证。结果显示：水槽实验流速与两种尺寸数值模拟流速的均方根误差最大不超过0.065。0°垂直迎流时，两种来流速度下，A型礁上升流体积和背涡流体积最大分别较B型礁高35.6%和193.5%；C型礁的上升流体积和背涡流体积最大较A型礁高244.1%和115.8%，D型礁体的上升流体积和背涡流体积最大较A型礁高80.1%和88.8%；C型和D型礁的向上输运通量均大于A型礁，且C型礁最大向上输运通量是D型礁的1.29倍。在四种角度下，C型礁和D型礁的上升流体积和背涡流体积在四种角度下差异显著（P<0.05），且迎流面投影面积和上升流体积和背涡流体积之间相关系数较小。研究结果表明，本文所采用的数值模拟性准确可靠；侧板数量增加对于提升八棱柱型人工鱼礁流场效应尤其是上升流效应作用明显；两种双层侧板八棱柱型人工鱼礁中，C型礁的上升流效应和向上输运通量优于D型礁，而背涡流效应略次于D型礁；由于礁体特殊的对称结构，八棱柱型人工鱼礁能适应较为复杂的海流环境。本研究结果可为鱼礁单体的优化设计以及大尺度海洋数值模型中阻力参数设定提供参考依据。
[期刊] 水产学报
[作者]
刘洪生 马翔 章守宇 于红兵 黄华接
针对正方体、金字塔及三棱柱人工鱼礁模型,选取3个不同工况6 m/s、9 m/s和12 m/s,通过风洞实验研究不同类型人工鱼礁单体和不同组合正方体模型的流场效应。结果表明,模型迎流面和背流面分别产生上升流和背涡流,其规模随来流速度的增大而增大;相同来流速度下,同种模型空心模型的上升流和背涡流规模较实心模型小,空心模型背涡流回流速度随模型空隙率增大而减小;不同模型z方向的湍流强度均大于x方向。对于组合模型,随着来流速度的增大,中心点流速均逐渐增大;一定来流速度下,当模型间距在1~1.5倍模型尺度时,流场变化最大;且模型平行组合比垂直组合产生的流场效应更大。
关键词：
人工鱼礁 流场 模型 上升流 背涡流
[期刊] 上海海洋大学学报
[作者]
肖荣 杨红
应用CFD软件对中空结构梯形台鱼礁和方型鱼礁在非定常流作用下的三维流场进行了数值模拟,揭示了两类鱼礁形成的上升流、背涡流的规模和强度,分析了单体鱼礁和组合鱼礁的流场差异。数值模拟结果表明:梯形台鱼礁上升流区最大速度约为来流速度的0.58~0.67倍、上升流区平均速度约为来流速度的0.15~0.19倍、而上升流区的最大高度为礁体高度的2.12~2.49倍,背涡流区平均速度约为来流速度的0.35~0.36倍、背涡流区的最大宽度约为礁体宽度的1.40~1.61倍、组合鱼礁背涡流区的最大长度约为礁体高度的4.06~4.17倍;方型鱼礁上升流区最大速度约为来流速度的0.56~0.61倍、上升流区平均速度...
关键词：
人工鱼礁 数值模拟 上升流 背涡流
[期刊] 渔业科学进展
[作者]
王佳浩 刘莉莉 蔡新晨 陈佳滢 杨意馨 姜书侠
采用计算流体动力学(CFD)技术,研究了不同布设间距下,多孔方型人工鱼礁周围水流运动的规律,旨在为深入研究人工鱼礁的集鱼原理和海洋牧场建设中人工鱼礁的投放和布设提供更多参考。本研究采用了4种布设间距,分别为0.5、1、1.5和2倍鱼礁高度,基于计算机数值模拟技术,模拟了速度为0.8m/s的水流流经2个礁体的过程,分别观察鱼礁周围水流运动情况。结果显示,多孔方型人工鱼礁内部和周围存在缓流区、背涡流区、上升流区、死水区等有显著特征的区域;多孔方型人工鱼礁上升流的最大速度与来流速度的比值约为0.95倍;多孔方型人工鱼礁周围上升流最大抬升高度与鱼礁高度之比约为2.1;多孔方型人工鱼礁的结构在一定程度上为鱼礁周围的流态多样性提供了较有利的作用;多孔方型人工鱼礁的布设间距对2个鱼礁单体间的旋涡数量和旋涡方向有较大影响,也对涡量大小和涡量分布范围产生影响。研究表明,在一定范围内,布设间距越大,涡量越大,分布范围越广,但超过一定范围后,涡量不再增大,分布范围也不再扩大;多孔方型人工鱼礁的布设间距越大,背涡流在X方向和Y方向的影响面积越大。研究结果清晰地展现了不同布设间距下的人工鱼礁的流场效应,对在特定条件下进行人工鱼礁投放和布设具有重要意义。
[期刊] 中国水产科学
[作者]
公丕海 郑延璇 李娇 关长涛 崔勇 李强
本研究利用物理模型试验和粒子图像测速技术,对塔型桁架人工鱼礁模型在6种换算流速0.031 m/s、0.063 m/s、0.095 m/s、0.126 m/s、0.158 m/s和0.190 m/s (实际流速0.2 m/s, 0.4 m/s, 0.6 m/s, 0.8 m/s, 1.0 m/s和1.2 m/s)下产生的流场效应与物理稳定性进行研究。结果表明,流速达到1.2m/s时,礁体不会发生漂移和倾覆,说明该礁型具有良好的稳定性。单体礁在45°和90°迎流方式下,最大上升流流速和上升流平均流速随来流速度增加而递增,90°摆放单体礁最大上升流流速为来流速度的15.6%～21.0%, 45°摆放单体礁最大上升流流速为来流速度的16.3%～23.5%;上升流面积和高度随来流速度的增大先增加后减小,均在来流速度为0.095 m/s时出现最大值;缓流区面积均随来流速度的增加而减小;在相同来流速度下, 45°迎流时礁体缓流区面积大于90°迎流;在45°和90°摆放方式下,缓流区长度与礁高比值均随来流速度的增加呈下降趋势,且下降趋势逐渐平缓;45°迎流时缓流区长度为礁体高度的13～24倍, 90°迎流时缓流区长度为礁体高度的11～22倍。塔型桁架人工鱼礁礁体前后没有涡流形成,但具有较好的缓流作用,在礁体后方形成了较大规模的缓流区。
[期刊] 中国水产科学
[作者]
郭禹 章守宇 林军
流场效应是人工鱼礁发挥其生态效应的基础,流场效应强弱受单位鱼礁规模影响,同时是衡量人工鱼礁建设模式优劣与规划人工鱼礁建设模式的重要参考因素,流场体积是表征流场效应强弱的重要指标。本研究基于数值实验方法,分析米字型人工鱼礁在4种布设模式下28种单位鱼礁规模的流场体积变化规律,并建立上升流、背涡流流场体积与人工鱼礁建设规模指标的多元非线性模型。结果表明,单位鱼礁建设一级指标投放量(T_a)、布设间距(L_d)及目标速度比(R_u)与上升流体积分别呈线性、三次函数及幂函数关系,建立上升流体积回归模型为V_u=T_a×(0.002L_r~2-0.055L_r-2.429V_R×R_u+0.011R_u~(-1.833)+0.227L_d+0.437),回归拟合R~2为0.957,相对误差为18.61%。与背涡流体积分别呈幂函数、三次函数及指数函数关系;结合单位鱼礁建设二级指标相对边长(L_r)、容积率(V_R),背涡流体积回归模型为V_b=R_u×(-0.543L_r~2+2.388L_r)–51.779V_R~2+75.045V_R+1.449×10~(-4)T_a×e~(12.049 Ru)+1.620L_d×T_a,回归拟合R~2为0.938,相对误差为10.09%。该流场体积回归模型可用于规划指导均匀布设模式的人工鱼礁建设,为"减量增质提效"的人工鱼礁建设策略提供参考。
[期刊] 上海海洋大学学报
[作者]
胡庆松 谭赓灏 李俊 陈雷雷 张丽珍
礁体沉降作为人工鱼礁投放后普遍产生的现象，对人工鱼礁周围流场会产生影响。为研究多孔方型人工鱼礁不同沉降情况下流场效应的变化，采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)技术，利用Fluent软件模拟在固定来流流速为0.8 m/s时，5种不同沉降程度下单体鱼礁周围的流场情况。结果显示：与无沉降时(初始状态)相比，在沉降程度为20%时，上升流最大高度降低约1.0 m,最大上升流流速增大约0.015 m/s,侧向流速增大区域(大于来流速度)扩大至1.5倍左右，同时礁体背流面透水区域增大，背涡流区域沿水流方向移动约2 m,礁体周围流场情况一定程度上变得更加复杂；在沉降程度为40%时，上升流流速最大值与初始状态相比减少约为0.010 m/s,侧向流增大区域基本一致，此时礁体背流面透水区变化较大，有形成一个逆时针涡旋的趋势；当沉降程度达到60%时，礁体周围流场效应开始明显下降，上升流最大高度相较于初始状态降低约3.2 m,上升流最大流速降低约0.600 m/s,侧向流速增大区域与壁面间距缩短约0.4 m,背涡流区域有消失的迹象；在沉降程度达到80%时，礁体流场效应基本丧失。研究表明，对于多孔方型人工鱼礁，在沉降程度40%以内，人工鱼礁仍然能够发挥着较好的流场效应；礁体在沉降程度达到60%时，礁体周围流场复杂程度相较于初始状态有明显损失，之后随着沉降深度增加，礁体流场效应逐渐消失。
关键词：
沉降 人工鱼礁 上升流 背涡区 数值模拟
[期刊] 水产学报
[作者]
薛大文 庞聪利 潘昀
人工鱼礁是建设现代化海洋牧场的基础设施，为了研究在不同海域流速下，迎流角度对人工鱼礁的影响，实验基于Ansys-Fluent平台，采用RNG k-ε的湍流模型，进行数值水槽模拟，对结构边长为3 m的立方对角面开孔鱼礁在3种来流速度（0.5、1.0和1.5 m/s）、4种迎流角度（0°、15°、30°和45°）下的上升流体积、背涡流体积、阻力、倾覆力矩等水动力特性进行比较分析。结果显示，人工鱼礁内部和周围存在具有显著特征的上升流区域和背涡流区域；流场规模的大小基本不受来流速度的影响；流速是影响立方对角面开孔人工稳定性的主要因素，流速越大，作用在礁体上的阻力和倾覆力矩相应变大，礁体的稳定性越差；迎流角度是影响人工鱼礁流场效应的主要因素，鱼礁的流场效应规模在迎流角度为30°～45°时达到最优，礁体为45°迎流时上升流体积和背涡流体积都达到最大值。利用权重赋值法，引入人工鱼礁建设效果综合评价模型，通过综合评价分析，在不考虑海底底质淤积、风浪等条件下，投放人工鱼礁时宜选取最大流速不超过1 m/s的海域，且迎流角在30°至45°范围内，鱼礁的建设效果最佳，该研究结果为实际工程投放人工鱼礁提供一定的理论依据。
[期刊] 上海水产大学学报
[作者]
潘灵芝 林军 章守宇
以定常来流海域为例,利用数值实验方法,定量探讨了具有自由水面的海域中人工鱼礁单体对流场的影响。考虑嵊泗鱼礁投放区的流速、水深的调查结果,来流速度Uin、水深H分别取为0.7 m/s、20 m。在鱼礁为实心方体的情况下,在渔礁迎流面产生上升流背流面产生涡流;上升流域的规模、强度随着礁高增大而增大,而上升流面积的平均产量与边际产量随礁高先增后减,在礁高水深比r=0.1时上升流效应最佳;背涡流域的规模也随着礁高增大而增大,其面积的平均产量随礁高先增后减,在r=0.1时达到极值。
关键词：
人工鱼礁 数值模型 二维 上升流
[期刊] 海洋渔业
[作者]
岳英洁 贺志鹏 冷星 于冬
为探究人工鱼礁建设对周边海域潮流场和水交换产生的影响,基于Mike21 HD潮流模型,对莱州湾芙蓉岛西侧人工鱼礁建设前后周边海域潮流场和水交换变化情况进行了数值模拟研究。结果表明,相较于鱼礁建设前,涨急时,从平面分布上,鱼礁区东西向流速呈增加趋势,南北向流速呈递减趋势;从垂向分布上,流速变化:底层>中层>表层,底层流速最大增加量8.6 cm·s~(-1)、最大减小量4.3 cm·s~(-1),增加量大于1 cm·s~(-1)的区域与鱼礁区最远距离为303 m,减小量大于1 cm·s~(-1)的区域距鱼礁区最远距离为574 m。落急时,平面流速变化趋势与涨急时基本一致;垂向分布上,底层流速最大增加量7.9 cm·s~(-1),最大减小量3.6 cm·s~(-1),增加量大于1 cm·s~(-1)的区域与鱼礁区最远距离为271 m,减小量大于1 cm·s~(-1)的区域与鱼礁区最远距离为333 m。鱼礁建设后周边海域水交换率增加约0.1%。人工鱼礁投放后,只改变了礁区局部海域的水动力环境,对湾内其他海域没有影响。
[期刊] 水产学报
[作者]
张硕 顾君 高世科 王诺
为了研究不同结构人工鱼礁模型在不同因素（底质粒径、含水率、加载质量、开口比、开口形状和位置）下的最大静摩擦系数，及在不同影响因素作用下最大静摩擦系数和礁体所能承受的坡度范围。本研究利用物理模型实验对10种不同结构的人工鱼礁模型最大静摩擦系数进行测定，结果显示：①最大静摩擦系数与底质粒径成极显著负相关关系（R=-0.5708），底质为粉砂黏土时，最大静摩擦系数随含水率的增加先增大后减小；②随礁体加载质量的增加，最大静摩擦系数总体上呈现减小趋势；③礁体最大静摩擦系数与礁体自身的开口比显著相关，与压强（加载质量/底面积）、开口位置不具有显著的负相关关系（R=-0.26）；④相同条件下，加载质量为礁体自身重量的2～3倍时，可以承受最大的坡度。研究表明，礁体自身特征（开口比、开口形状）对最大静摩擦因素的影响超过外部因素（粒径、含水率、加载质量）。因此，在进行人工鱼礁区选址时，应综合考虑礁体开口，底质条件等相关因素，同时尽可能科学合理的设计人工鱼礁。本研究从力学角度为科学合理地设计人工鱼礁及安全有效地开展人工鱼礁建设提供参考。
[期刊] 上海海洋大学学报
[作者]
李珺 林军 章守宇
基于考虑不同形状大小、组合规模的人工鱼礁投放于不同水域环境后形成的流态变化有较大差异,设计x、y、z三个方向不同通透方式的单个正方体人工鱼礁,采用LES(大涡模拟)紊流模式,对定常来流速度下人工鱼礁单体附近流场进行三维数值模拟,建立反映礁体结构的通透系数与礁体产生流场变化的关系。结果显示:上升流和背涡流的规模随通透系数增加而减小;来流方向上,礁体迎流面、背流面的通透系数变化对上升流和背涡流规模影响较为显著,而内部结构的变化则作用不明显,礁体上方与侧方的开口对上升流和背涡流的影响也不显著。迎流面通透系数变化是背涡流规模影响的主要因素。方形单礁缓流区体积随通透系数Tin增大呈线性减小,关系为Vx=...
[期刊] 水产学报
[作者]
林军 章守宇 叶灵娜
基于特征礁水槽集鱼实验,研究了不同结构人工鱼礁和不同背景速度下黑鲷幼鱼在各流速区段出现频度,以鱼类出现频度高、水平流速为背景速度的0.7倍和0.8倍以下的流场空间体积作为背涡流范围指标,以垂向上升流速为水平来流速度的0.1倍和0.2倍以上的空间体积作为上升流范围指标,基于Fluent、采用大涡模拟法(LES)的湍流模型,进行数值水槽建模,以4种单位鱼礁组合方案为例来分析不同组合流场效应的差异和优劣。研究表明,边长3 m的正方体鱼礁,以20～30个单礁、1～2倍礁距进行五点式、对称型单位鱼礁组合投放为宜,这样既能发挥礁体的协同效应,又能使单位鱼礁的调控范围达到最大化。
[期刊] 水产学报
[作者]
杨伟 林军 唐建江 杨冠林
为在大尺度海洋模型中合理体现透水性人工鱼礁组合，基于海洋数值模式FVCOM（finite volume community ocean model）模拟了大陈岛拟建人工鱼礁区的水动力情况，比较了阻滞力法、实心礁法和附加底摩擦法在投礁前后的垂向流速、礁顶平面流速、水体向上输运通量和背涡流体积的差异，并根据投礁前后的流速差异，应用经验公式预测了投礁一年后底床泥沙冲淤情况。数值模拟结果表明，通过在模型中增加阻滞力项体现的鱼礁，其占据水层内的流速相较于未设置礁体时最大减少了0.06m/s，迎流面垂向上产生的上升流流速最大为0.005 m/s；涨急时刻礁体背面的流速减小范围可达礁体组合长度的20倍以上，对应流速减小海域一年后底床淤积厚度最大约0.05m；单个台礁平均向上水体输运通量为66 m~(3)，背涡流体积为1550 m~(3)。相较于实心礁法和附加底摩擦法，阻滞力法能很好体现礁体对水流的阻滞作用，避免了实心礁法在透水性鱼礁模拟中过高估计流场效应的问题，且无附加底摩擦法只适用于低矮礁体的缺陷。阻滞力法不仅适用于置底型透水性鱼礁，也适用于浮鱼礁和网箱等增养殖设施水动力学和生态动力学研究。
[期刊] 水产学报
[作者]
姜昭阳 郭战胜 朱立新 梁振林
人工鱼礁的结构设计目前尚无明确的原理和依据。本文从流场效应、生物效应、遮蔽效应的角度阐述人工鱼礁结构设计的基本原理,举例说明了相关的依据和方法,总结分析了适合不同海域类型的人工鱼礁区建设模式及其未来发展,以期为人工鱼礁的结构设计和海洋牧场规划提供参考。
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