重力式網箱群組系統耐流特性的數值模擬.pdf

1、隨著漁業(yè)資源的嚴重衰退和傳統捕撈作業(yè)漁場的老化，我國漁業(yè)的發(fā)展正在實現由捕撈向養(yǎng)殖的轉變，由開發(fā)型向養(yǎng)護管理型轉變。海水網箱養(yǎng)殖業(yè)作為當前和未來較長時期我國海洋漁業(yè)的一個新的增長點，正在得到迅速發(fā)展。但是，目前海水養(yǎng)殖多集中于內灣和近岸淺海處，出現了養(yǎng)殖空間不足、養(yǎng)殖環(huán)境惡化和養(yǎng)殖水產品質量下降的一系列問題。為了解決社會對高質量水產品需求增長和淺水養(yǎng)殖業(yè)所存在問題間的矛盾，將網箱養(yǎng)殖業(yè)由內灣、淺海推向深水海域，是進一步推動漁業(yè)發(fā)展，滿足

2、社會對高質量水產品需求，抓住漁業(yè)經濟發(fā)展的契機的戰(zhàn)略決策之一。 深?？癸L浪網箱大多以網箱群組的形式設置于外海開放性海域，受波浪和海流影響較大。因此，探索并不斷提高深海網箱群組系統的抗風浪和耐流能力，保證網箱設施系統高效、安全，對于網箱養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展具有重要的學術意義和實際意義。 本文以重力浮式網箱組成的網箱群組系統為研究對象，利用網箱群組系統在定常流中的有限元數值模型，采用Newton-Raphson解法進行數值求解，

3、對不同流速、流向、浮繩框深度、網箱間距、纜繩長度和不同錨泊形式下網箱群組系統運動響應進行了數值計算。通過對計算所得數據的可視化處理，可以直觀地實現對網箱群組系統響應特性的觀察說明，本方法通過進一步的實驗驗證，可以為實際網箱系統的優(yōu)化設計提供理論依據。 其次，利用有限元法進行網箱系統運動響應的計算機模擬，其計算結果的精度和單元的劃分有著密切得關系。在網箱及網漁具運動響應的數值計算中，為了提高運算速度和節(jié)減運算時問，可以采用“網目群

4、化”技術，即根據實際需要呵將若干個實際網目“群化”為一個虛擬的計算網目進行計算。本文針對大型深水網箱有限元計算單元數量巨大的特點，詳細探討了網目群化技術對計算過程和數值結果的影響，為合理利用和適宜把握網目群化技術應用提供了量化依據。 第三，本文利用有限元總體剛度矩陣具有對稱性、稀疏性、非零元素呈帶狀分布、正定、主元占優(yōu)勢等特點，以矩陣分塊技術，內外存配合使用并采用直接解法來求解線性代數方程組等技術手段，大大提高了計算效能。

5、 第四，計算機模擬結果顯示，迎流面和側流面的錨繩和平行于流向的浮繩框浮繩在流場中的受力較大。在“井”字型和“米”字型錨泊設計下，迎流面中間的11號纜繩承受網箱群組錨泊系統中的最大張力，是最為容易發(fā)生斷裂的部分，在結構設計和材料的選取上應重點考慮；浮繩框深度對各纜繩受力有一定影響，深度增加纜繩受力減小，但系框繩的受力略有增加；網箱間距對浮繩框受力影響較大，間距越大，浮繩框受力越大，但對錨繩的受力影響較??；適宜的錨繩長度對于網箱系統安全至

6、關重要，但錨繩過長對纜繩張力的改善并無明顯的作用；“井”字型錨泊形式側流面纜繩受力較大，但對整個系統的形狀保持較好；“米”字型錨泊形式節(jié)約纜繩，但背流面浮繩框變形較大，需對此進行特別的優(yōu)化設計，以滿足實際工程需要。根據數值計算結果，往復流的作用是網箱群組錨泊系統安全性檢驗的主要考慮因素。 第五，在設計和安裝網箱群組系統時，建議浮框繩深度應控制在網箱高度的50％左右，網箱間距為網箱直徑的50％左右，纜繩長度為深的2.5倍左右。以上