波流联合作用下鲆鲽类网箱水动力特性研究

1　波流联合作用下鲆鲽类网箱水动力特性研究

为优化鲆鲽类网箱结构，研究分析网箱的水动力特性，通过波流水槽模型试验和数值模拟技术，对3种不同网底结构、2种不同网目型式和2种不同规格网箱在波流联合作用下的水动力特性进行了系统的研究。

1．1　波流水槽物模试验

试验在大连理工大学海岸及近海工程国家重点试验室内的波流水槽中进行。模型试验的网箱为钢结构方形网箱。在不同网底结构试验中，分别为“十字形”、“井字形”和“斜撑式”3种网底框架型式（图1）；在不同网目形状试验中，采用了菱形网目和方形网目2种型式；在不同规格网箱试验中，模型网箱对应的实物网箱规格分别为10m×10m×4m和5m×5m×2m2种规格。设定的波流组合试验工况如表1所示。

（a）十字形

　　　（b）井字形

　　（c）斜撑式

图1　3种不同的底框架结构

表1　波流组合工况

1．2　数值模拟研究

通过对不同波浪与水流组合工况条件下网箱受力变形运动的数值模拟，初步揭示了波流场中鲆鲽类网箱动态响应规律，同时对网箱数值模拟中波浪理论的选择问题进行了研究。在数值解法上，分析比较了不同的求解方法对数值模拟结果的影响（数值模拟效果见图2）。利用计算机数值模拟技术，通过改变波流场工况参数，分析比较了不同底框架结构、网目形状和网箱规格变化对网箱的运动、网底稳定性、网箱变形和锚绳受力等的影响。

图2　波流联合作用下鲆鲽类网箱水动力学特性数值模拟

1．3　基本结论

1．3．1　不同网底结构对网箱运动特性的影响

当流速较小时，3种不同网底结构对网箱的运动特性影响不大，而当流速达到20．9cm／s后差距明显增加，且“井字形”最大，“斜撑式”最小。改变网底框架重量，对网箱浮架和网底框架的倾角影响明显，即随着网底框架重量的增加，网箱底框架的倾角趋小。但实际应用中，不可能将网底框架的重量无限加大，笨重的网底框架将给网箱的日常管理操作带来不便。依据试验结果，当底框重量达到1吨以上时，网箱的整体稳定性较好。

1．3．2　不同网目形状对网箱运动特性的影响

模型试验与数值模拟分析结果显示，菱形网目与方形网目相比，网箱浮架的水平运动幅度是菱形网目大于方形网目，且在同一波高下，随波浪周期的增加，运动幅度差距减小，而网箱浮架的垂直运动幅度两者差异不大；网底框架的水平运动幅度是方形网目略大于菱形网目，垂直运动幅度两者差异不大，综合比较分析，结构相同、海况相同的情况下，方形网目优于菱形网目。

1．3．3　网箱尺度大小与网箱运动的关系

研究分析结果表明，改变网箱尺度的大小对网箱各量的影响均较明显。从网箱水平运动看，小规格网箱的浮架和网底框架的运动幅度均大于大规格网箱，且在同一波高下，随周期的增加，两者差距减小；从网箱垂直运动看，大规格网箱的浮架和网底框架运动幅度均略大于小网箱。综合比较分析，尺度较大的网箱其整体稳定性较好。