多方孔立方体人工鱼礁流场的数值模拟

论文摘要

东营市渔业资源丰富,发展渔业经济的潜力巨大,给黄河三角洲现代渔业创造又快又好的发展环境奠定了基础。东营市正在进行渔业资源的整合,并拟于在小岛河渔港建一处综合性渔业服务基地。该渔港与市区的距离适中,是东营市唯一一处邻海渔港,周边可开发利用的土地面积宽阔。根据服务基地的建设规划,可在此渔港拟建桩稳式人工鱼礁区,即促进渔业结构的调整、优化和升级,又同时为旅游者提供垂钓等休闲娱乐活动,带动当地的旅游业。随着海洋渔业资源的过度开发与利用,特别是近海渔业资源的日益衰退,人工鱼礁作为改善海洋生态环境和修复渔业资源的有效手段之一,近年来受到人们的广泛重视。人工鱼礁是指通过人为向大海投放报废渔船、水泥构件、石块等构造物,营造适宜水生生物繁殖、生长的场所,改善水生生物栖息环境,为海洋经济生物提供索饵、繁殖、生长、发育等场所,达到保护、增殖渔业资源和提高渔获物质量的目的,是海洋牧场工程建设的重要组成部分。一般来说,人工鱼礁的生态效应主要是通过它的流场效应来实现的,因此流场效应在人工鱼礁的相关研究中是最基础的,这对于人工鱼礁的建设规模和建成后的效果都具有重要的指导意义。与其他海洋结构物一样,人工鱼礁在海底受到水流等水文环境因素的作用,其流场效应和受力状况与其自身的水动力学性能密切相关。本论文以一种新的人工鱼礁模型为研究对象,依据计算流体力学理论为基础,基于大型计算流体力学软件Fluent为平台,运用三维湍流模拟技术为研究手段,开展了人工鱼礁模型水动力学性能的数值模拟研究,得到了人工鱼礁模型各断面压力分布、流场效应和礁体的受力情况,揭示了人工鱼礁局部流场的流动结构。本论文所采用的数值模拟方法可以对人工鱼礁水动力学性能的预测,进而推广到实际的人工鱼礁水动力学性能研究中去,旨在为人工鱼礁流场理论的初步研究和设计的选型优化奠定理论基础,为我国日益蓬勃发展的人工鱼礁区规划和建设事业的全面发展提供科学参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究的意义
• 1.2 国内外人工鱼礁研究现状
• 1.3 计算流体力学
• 1.4 研究方法与内容
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 研究内容
• 2 计算流体力学基本理论
• 2.1 湍流及湍流模型
• 2.1.1 湍流模型
• 2.2 数值模拟方法和分类
• 2.2.1 有限差分法（Finite Difference Method）
• 2.2.2 有限元法（Finite Element Method,简称FEM）
• 2.2.3 有限体积法（Finite Volume Method）
• 2.3 网格生成技术
• 2.4 基于FVM的求解方法
• 3 人工鱼礁的水动力学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 数值模拟方法
• 3.2.1 控制方程及湍流模型
• 3.2.2 计算区域及网格离散
• 3.2.3 流场的数值计算方法
• 3.2.4 边界条件
• 3.3 数值模拟结果及分析
• 3.3.1 压力分析
• 3.3.2 流场分析
• 3.4 小结
• 4 桩稳式人工鱼礁区的稳定性验算与布局规划
• 4.1 引言
• 4.2 工程建设区的自然环境特点
• 4.3 桩稳式人工鱼礁的稳定性验算
• 4.3.1 波流对礁体作用力计算
• 4.3.2 礁体不漂移时的安全性校核
• 4.3.3 整体不发生翻滚的条件
• 4.4 鱼礁总体布局方法
• 4.4.1 人工鱼礁区总体设计要求
• 4.4.2 鱼礁区布局
• 4.5 小结
• 5 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 发展趋势
• 5.3 本文的主要创新点
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间参与项目