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[期刊] 中国水产科学
[作者]
张硕 张世东 胡夫祥 初文华 黄成裕 刘斐凡 张秋驰
为了对4种不同开口大小的六边形开口方形人工鱼礁在4种迎流角度下数值模拟和水槽模型试验的阻力系数进行对比验证，分别利用水槽模型和数值模拟试验方法对4种不同开口比(γ_(ty) =0.0625, 0.14, 0.25, 0.39)六边形开口方形人工鱼礁在4种迎流角度(θ = 0°, 15°, 30°, 45°)状态下的阻力进行测定，并计算两种方法的阻力系数。结果表明: 1) 在数值模拟和水槽模型试验中，人工鱼礁模型阻力均随着开口比的增大而减小；礁体迎流角度的变化可改变礁体阻力，且在4种迎流角度下，人工鱼礁阻力在θ = 30°时最大。2) 人工鱼礁数值模拟与水槽模型试验中，当θ =15°、30°、45°时，阻力系数均随着开口比的增加而增加，具有明显的线性关系，且阻力系数在迎流角度θ = 30°时最大。3) 数值模拟与模型试验阻力的相对误差在0.12%～17.18%，平均误差7.43%；礁体阻力系数的相对误差在0.03%～14.64%,平均误差5.26%。阻力及阻力系数误差均在20%以下。水槽模型试验与数值模拟阻力和阻力系数相关系数R分别为0.99和0.80，P<0.001，具有极强的相关性。因此，利用数值模拟精细化研究人工鱼礁水动力性能是可行的。
[期刊] 水产学报
[作者]
张硕上海海洋大学海洋科学学院 张世东 初文华 胡夫祥
为了研究六边形开口方形人工鱼礁阻力系数和侧向力系数与迎流角度、开口比之间的关系，利用水槽模型实验对4种开口比（γ_(ty) = 0.06、0.14、0.25、0.39）六边形开口方形人工鱼礁在4种迎流角度(θ = 0°、15°、30°、45°)下的阻力和侧向力进行测定，并计算其阻力系数和侧向力系数。结果显示，六边形开口方形礁体模型阻力F_(x)(30°) > F_(x)(45°) > F_(x)(15°) > F_(x)(0°)，侧向力F_(y)(30°) > F_(y)(15°) > F_(y)(45°) > F_(y)(0°)；礁体模型阻力F_(x)(30°)是F_(x)(0°)的1.28 ～ 1.72倍，侧向力F_(y)(30°)是F_(y)(0°)的2.8 ～ 11.1倍。迎流角度对礁体模型的阻力以及侧向力可产生较大影响。4种开口比和4种迎流角度下，礁体模型阻力系数C_(D)变化范围为0.98 ～ 1.53。阻力系数C_(D)(30°) > C_(D)(15°) > C_(D)(45°) > C_(D)(0°)，阻力系数C_(D)(30°)与C_(D)(0°)相比最大可达1.26倍；4种开口比和4种迎流角度下，礁体模型侧向力系数C_(L)变化范围为0.001 ～ 0.210。侧向力系数C_(L)(30°) > C_(L)(15°) > C_(L)(45°) > C_(L)(0°)，侧向力系数C_(L)(30°)与C_(L)(0°)相比最大可达3.5倍。当θ = 30°时，不能忽视侧向力对礁体模型的作用力。
关键词：
人工鱼礁 开口比 迎流角度 水槽模型实验
[期刊] 水产学报
[作者]
李珺 章守宇
采用LES(大涡模拟)紊流模式,对定常来流速度下按实际尺寸缩小10倍的米字型人工鱼礁单体附近流场进行三维数值模拟,同时利用相同尺寸的水槽实验验证该数值计算方法的可行性。在数值模拟与水槽实验中分别设置了0.2、0.4、0.6、0.8、1.0以及1.2m/s6种来流速度,并比较礁体附近三个方向上流速变化的情况。结果表明,数值模拟中约80%的测点速度与水槽实验结果吻合。而且,具有较大差异的值都发生在礁体上方开口中心位置附近的测点,该位置流场变化强烈且水槽实验测量有一定难度,易产生误差,因此对比结果差异较大是可允许的。综合比较结果,初步认为利用三维数值模拟计算方法模拟人工鱼礁的流场变化是可行的,今后可...
关键词：
人工鱼礁 三维数值模拟 水槽实验
[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] 中国农业大学学报
[作者]
袁越锦 杨彬彬 焦阳 刘相东
为验证笔者建立的自然多孔介质干燥分形孔道网络模型(袁越锦,杨彬彬,焦阳,等.多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:I.模型建立.中国农业大学学报,2007,12(3):65-69)的正确性,采用新鲜土豆切片进行热风对流干燥试验,并对干燥过程进行数值模拟。结果表明:分形孔道网络模型模拟得到的多孔介质内部温度、水分含量的分布与响应较规则孔道网络模型的更接近试验结果;分形孔道网络模型能合理地解释目前常用干燥理论所不能解释的湿斑和不规则干燥前沿等现象;多孔介质的喉径分布对干燥有显著影响,喉径分布不均匀程度越高,干燥时间越长;孔隙分形维数的大小与干燥时间无确定性关系。孔道网络模型考虑了多孔介质孔道细观...
关键词：
多孔介质 干燥 模拟 孔道网络 分形
[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] 中国农业大学学报
[作者]
吴雪飞 李浩 施正香
为探究气流流速和流向对猪体空气阻力的影响,采用圆柱体气流阻力半经验公式验证和OpenFOAM数值模拟计算风洞中单只猪的空气阻力系数的方法,对不同气流流速(0.2,0.5,1.0,1.5,2.0和2.5m/s)和猪体长轴与气流流向的夹角(0°,15°,…,180°)不同情况下的空气阻力系数变化规律进行研究。结果表明:1)计算域内合适的网格尺寸能够保证计算结果的稳定性并节约计算资源;2)猪体几何形状对空气阻力的影响不能被忽略,与猪体等体积的圆柱体作为极度简化的猪体模型在表征猪体空气阻力系数方面的相关性较低(R~2=0.603 3);3)猪体与气流流向的夹角为0°～45°和135°～180°时猪体阻力系数较小,45°～75°和105°～135°时猪体阻力系数适中,75°～105°时猪体阻力系数较大。本研究阐明了单只猪对气流阻挡作用的规律,同时对OpenFOAM软件在农业通风领域的应用起到了促进作用。
[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] 中国水产科学
[作者]
刘洪生 马翔 章守宇 林军 于红兵 黄华接
人工鱼礁增殖渔业资源的生态效益一定程度上取决于其产生的流场效应,因此流场效应的研究是人工鱼礁生态效益研究的关键。数值计算是研究人工鱼礁流场效应的新方法,但其可行性和准确度还没有得到广泛验证。本研究针对正方体、三棱柱及金字塔型人工鱼礁实体模型,根据流动相似性原理设定相对应的来流速度,分别利用风洞实验和数值模拟研究了人工鱼礁周围的流场,选择具有代表性测点的水平和垂直方向流速,无量纲化后进行对比。研究表明,两实验测点流速平均误差约8%,大多数测点的u*(x方向无量纲流速)差别甚微,且变化趋势基本相同,从而验证了数值计算模拟人工鱼礁流场的可行性和准确性。
关键词：
人工鱼礁 流场 风洞实验 数值模拟 验证
[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] 水产学报
[作者]
丁玲 王佳美 唐振朝 陈海刚 贾晓平
海底条件的变化可能会加剧人工鱼礁的局部冲刷甚至产生掏空,导致人工鱼礁倾覆或掩埋,最终影响人工鱼礁的生态修复功能。为更好地了解人工鱼礁的冲刷特性,明确冲刷地形的形成机制,本研究首先采用物理模型试验的方法,对放置在粉砂底质上的人工鱼礁在不同水流条件下的局部冲刷问题进行了研究,并通过对原型流场进行数值模拟,讨论分析了水流及礁体结构特征对局部冲刷形态的影响机制。模型试验结果显示,0.11 m/s流速对试验选取的模型沙的影响不显著,礁体模型背面冲刷坑的深度仅为0.5 mm,两侧无明显冲刷坑,当流速增加到0.22和0.27 m/s时,沙床表面形成了均匀分布的沙鳞,背面冲刷坑深度分别达到1.0和1.5 mm,两侧冲刷坑的最大深度为4.5 mm,宽度分别为4.0和7.5 cm;流场数值模拟的分析结果显示,原型条件下流场、沙床剪切力和涡量的高值区和模型试验中冲刷强区存在对应关系,礁体的开孔和多柱支撑设计增大了局部冲刷强度。该研究表明,在粉砂底质条件下人工鱼礁的局部冲刷程度随流速的增加而增强,但总体冲刷不严重,未出现掏空或掩埋现象;礁体结构对局部冲刷有较大影响,因此,礁体设计与布局时应综合考虑流场效应、稳定性和冲刷形态等因素。
关键词：
人工鱼礁 局部冲刷 水槽试验 数值模拟
[期刊] 地理科学进展
[作者]
邱妮珊 姚作芳 左秀玲 罗盛
精细波浪数据是研究岛礁珊瑚分布和地形地貌结构的基础。目前，珊瑚礁体内部及更小尺度上开展的长时间序列精细化波浪模拟研究还很缺乏，不足以获取岛礁区域精细化的波浪特征。论文以中国南海西沙群岛的永乐环礁为研究区，基于SWAN模型自嵌套波浪模拟和16 m分辨率地形数据，开展2017—2021年永乐环礁高分辨率精细化岛礁波浪模拟，并基于地貌、方位和岛礁分析了研究区有效波高、浪向、波浪能流密度等的精细空间分布特征。研究结果表明：模型模拟波浪与实测波浪Pearson相关系数为0.95，显著性水平P<0.01；永乐环礁5年平均有效波高和能流密度随月份呈现“U”型变化趋势，NE向的平均浪向频率为20%；深潟湖和礁坡的5年平均以及最大有效波高和能流密度最高；平均能流密度呈现南部暗礁最高、西南部次之、北部和西部最低的规律；自外海传播进潟湖的波浪，各方位上礁坡到礁坪的能流密度衰减高于30%，岛礁南部衰减最多达72.7%。研究可为珊瑚分布规律探讨、珊瑚礁保护与恢复和海岸工程建设等提供方法和理论支撑。
[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] 海洋渔业
[作者]
郭聪聪 杨訸晴 胡慧琴 张勤旭 张明亮 李金金
为探究大连小窑湾海域人工鱼礁布设后对周围海域水动力特性及水体交换能力的影响，基于非结构化三角形网格的MIKE3河口与海岸模型，对大连小窑湾海域进行数值模拟，模拟结果与实测数据吻合良好，说明构建的模型合理可靠。研究表明：①鱼礁布设后，位于鱼礁布设点上的测点因水深减小流速增加，远离礁区海域测点的流速变化较小，鱼礁区迎流面海域出现上升流，背流面出现下降流，底层海域的上升流效应较表层海域显著；②人工鱼礁的投放会引起局部流场发生变化，受鱼礁堆阻流作用影响鱼礁堆迎流面、背流面海域流速减小，主流轴两侧流速增加，鱼礁堆附近海域的流速呈缓急相间分布；③人工鱼礁投放后，小窑湾湾顶、湾中的水体半交换期缩短，湾口附近海域水体交换能力变化较小，小窑湾整体海域水体交换率略有增加。本研究为人工鱼礁合理布局以及规范工程建设提供理论指导。
[期刊] 林业科学
[作者]
关德新 朱廷曜 韩士杰
利用伯努力方程和气流穿过单株树时风速衰减规律 ,推导出单株树的阻力和阻力系数模式分别为=u2 4κ2 kC′ρD′( 1-α2 )H ln Hz02 - 2Hln Hz0+ 2H - 2z0CT ≈ 12 A( 1-α2 )模式与风洞模拟实验结果很好地吻合。
关键词：
单株树 阻力 阻力系数 伯努力方程
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