深水重力式网箱水动力学特性研究

论文摘要

由于过度的海洋捕捞和近海海洋环境的破坏,野生海产品产量逐年萎缩。为满足人们对高质量海产品日益增长的需求,海洋牧场一直扮演着重要的角色。今年来,深水网箱养殖产业在国内发展迅速,但基础理论研究相对落后,深水网箱在近海风浪条件下的安全可靠性缺乏理论依据。为此,国家863计划和自然科学基金分别设立了研究项目,对深水网箱展开系统的研究并实现深水网箱养殖的产业化。本文研究工作依托于导师的国家自然科学基金项目和863计划合作项目。 研究论文共包含五大部分:第一部分为绪论,主要介绍深水网箱养殖产业及相关学科研究的现状和进展。第二部分为基础性研究工作,包括网衣的模型相似准则以及试验技术等研究内容。研究工作在网衣的模型相似率和CCD动态图像处理技术方面取得了较好成果。第三部分为重力式网箱试验研究的主体工作,包括网箱网衣系统和浮架系统的水动力特性研究以及配重系统对网箱水动力特性的影响、单体重力式网箱的水动力特性研究等内容。其中单纯浮架结构开展了数值模拟研究,对这类小尺度漂浮结构物的波浪力系数进行了探讨,获得了阻力系数的取值范围,为网箱等飘浮性结构物的水动力计算提供了依据,相关研究工作具有创新性。网箱配重系统的研究为重力式网箱的配重型式和配重大小的设计提供了依据。第四部分为网箱选型比较,对国内外常用的重力式、碟形及拟碟形网箱的受力及运动特性进行了试验研究。基于网箱的水动力特性、网箱成本、运营管理的便利性、沿海海况条件以及我国国情的考虑,建议目前国内深水养殖网箱在一段时期内仍应以重力式网箱为主要型式。第五部分为研究工作总结,介绍本文取得的主要成果和存在的不足,同时对未来我国网箱产业和学科发展进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究目的和意义
• 1.2 国内外深水抗风浪网箱产业的发展概况
• 1.3 深水抗风浪网箱的基本型式及结构
• 1.3.1 圆柱形（重力式）网箱
• 1.3.2 方形网箱
• 1.3.3 浮绳式网箱
• 1.3.4 碟形网箱
• 1.3.5 张力腿网箱
• 1.4 国内深水抗风浪网箱的科研进展
• 1.5 本文研究工作
• 2 模型相似准则及重力式网箱模型设计
• 2.1 网衣模型相似准则
• 2.1.1 田内经验公式的讨论
• 2.1.2 田内相似准则的讨论
• 2.1.3 基于变尺度的网衣重力相似准则
• 2.1.4 网衣模型相似准则的试验验证
• 2.2 重力式网箱模型设计
• 2.2.1 浮架系统模型设计
• 2.2.2 网衣系统模型设计
• 2.2.3 配重系统模型设计
• 2.2.4 锚碇系统模型设计
• 2.3 小结
• 3 试验数据分析技术
• 3.1 受力特性分析技术
• 3.2 运动特性分析技术
• 3.2.1 CCD系列图像获取
• 3.2.2 跟踪点扫描
• 3.2.3 图像数据处理
• 3.2.4 数据分析
• 3.2.5 图像处理软件的正确性验证
• 3.3 变形特性分析技术
• 3.4 小结
• 4 平面网衣系统的水动力特性研究
• 4.1 不同形状的网目参数说明
• 4.2 平面有结节菱形网目的网衣试验研究
• 4.2.1 模型设计和试验方法
• 4.2.2 试验结果及分析
• 4.2.3 菱形网目网衣水阻力系数的选取
• 4.3 平面无结节六边形网目的网衣试验研究
• 4.3.1 模型设计和试验方法
• 4.3.2 试验结果及分析
• 4.3.3 六边形无结节网目的网衣水阻力系数的应用算例
• 4.4 六边形无结节网目与菱形有结节网目网衣水阻力系数的比较
• 4.5 网衣对流速衰减的研究
• 4.5.1 基于绕流系数假设的流速衰减（模式Ⅰ）
• 4.5.2 基于动量定理的流速衰减（模式Ⅱ）
• 4.5.3 计算模式的试验验证
• 4.5.4 小结
• 4.6 小结
• 5 浮架的水动力特性初析
• 5.1 物理模型试验
• 5.1.1 浮架受力特性分析
• 5.1.2 浮架运动特性分析
• 5.2 浮架系统的数值模拟初析
• 5.2.1 漂浮刚性直杆的水阻力系数研究
• 5.2.2 简化双排浮管浮架系统的水阻力系数研究
• 5.3 小结
• 6 配重系统对网箱水动力特性的影响
• 6.1 试验条件及模型
• 6.2 锚绳力比较
• 6.2.1 单纯流
• 6.2.2 单纯波
• 6.3 运动特性比较
• 6.3.1 单纯流
• 6.3.2 单纯波
• 6.4 网衣变形特性比较
• 6.4.1 单纯流
• 6.4.2 单纯波
• 6.5 小结
• 7 单体重力式网箱水动力特性试验研究
• 7.1 试验条件及方法
• 7.2 锚绳受力试验研究
• 7.2.1 纯流条件下锚绳受力特性
• 7.2.2 纯波浪条件下锚绳受力特性
• 7.2.3 顺流与波浪组合条件下锚绳受力特性
• 7.2.4 逆流与波浪组合条件下锚绳受力特性
• 7.3 网箱运动特性试验研究
• 7.3.1 纯流条件下的网箱运动特性
• 7.3.2 纯波浪条件下的网箱运动特性
• 7.3.3 顺流与波浪组合条件下的网箱运动特性
• 7.3.4 逆流与波浪组合条件下的网箱运动特性
• 7.4 小结
• 7.4.1 锚绳力特性小结
• 7.4.2 网箱运动特性小结
• 8 重力式与碟形及拟碟形网箱水动力特性的比较
• 8.1 试验内容及方法
• 8.1.1 试验条件
• 8.1.2 模型设计及模型布置
• 8.1.3 数据处理及分析方法
• 8.2 试验结果及分析
• 8.2.1 锚绳力特性比较
• 8.2.2 网箱运动特性比较
• 8.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学位论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书