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[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] 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] 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] 水产学报
[作者]
郭禹 章守宇 林军
人工鱼礁投放规模是鱼礁建设的核心问题之一,其中礁体数量与布设间距不仅表征了鱼礁规模的范围和密度,而且也决定着人工鱼礁流场效率。本研究采用数值实验方法,对典型结构边长为l的米字型人工鱼礁在4种投放量(2×2、3×3、4×4和5×5)、7种布设间距(0 l、0.5 l、1.0 l、1.5 l、2.0 l、3.0 l和4.0 l)下的流场相对体积、相对高度、相对长度等流场效率特性进行比较分析。结果显示,当上升流目标流速比分别为小于0.10、0.10～0.15和大于0.15倍时,上升流流场存在协同效应的最大布设间距分别为4.0 l、3.0 l、2.0 l,背涡流目标速度比下最大间距均为3.0 l;人工鱼礁投放量越多,上升流与背涡流相对体积越大,平均相对体积增长率越低,0.5 l布设间距的上升流相对体积与鱼礁单体相对流场体积最大,1.5 l布设间距的背涡流相对体积与鱼礁单体相对流场体积最大;上升流相对高度随投放量增加以1.01倍速率增加,随布设间距增加以0.90倍速率降低,背涡流相对长度随布设间距的增加先增后降,相对长度最大值位于1.0 l处。
[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] 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] 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]
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] 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] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
张展博 李胜强
液体晃动是一种常见的现象,可能造成飞行器失稳、箱体结构损坏、液面监测困难等危害。因此对液体晃动的抑制受到了广泛深入的研究,其中最常用的方法就是在箱体内部布置挡板。基于Darcy定律的多孔介质模型为模拟多孔挡板提供了简单易行的方法,该文在对比实验结果验证数值模拟方法可靠性的基础上,研究了低频大幅晃动条件下水平多孔挡板不同浸没深度对液面晃动的影响,发现了波峰和波谷变化的规律以及在特殊情况下挡板导致波峰高度增加的现象,并对其机理进行了简要分析。挡板的阻碍对液面造成了扰动,导致液面围绕无挡板情况下的液面位置振荡运动,在特定情况下可能会出现更高的波峰,使得液面晃动看起来更加剧烈。
[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。
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