人工鱼礁流场效应数值模拟研究

摘要

人工鱼礁具有饵料和集鱼效应，可以有效的缓解近海海洋渔业资源逐渐枯竭的现状。人工鱼礁的饵料和集鱼效应主要通过鱼礁产生的流场效应和生态效应实现，目前对人工鱼礁的研究主要集中于单礁体和双鱼礁组合的鱼礁周围流场效应特征分布，以及鱼礁的不同材料结构特性对鱼礁流场效应的响应，关于多鱼礁组合的鱼礁周围流场效应和鱼礁水动力学特性研究较少，多鱼礁组合在不同礁体间距产生的上升流特性和背涡流特性的分析研究仍然没有得到很好的分析解释。
　　通过计算流体动力学技术（CFD），分别模拟了非定常流作用下的箱型、梯形台、三棱体多孔空心单体鱼礁及组合鱼礁，3种人工鱼礁模型的透空率都为20%，6种工况分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.6和0.8m/s。箱型、梯形台和三棱体人工鱼礁模型分别采用30°、45°和90°(0°)3种迎流角度进行布设；鱼礁组合采用九礁组合排列方式，3中礁体布设工况，九礁组合中的鱼礁礁体间距分别为0.5L、1.0L和1.5L（L为礁体长度）。模拟计算结果表明：水流遇到礁体迎流面抬升形成上升流，上升流的产生促进了鱼礁区上下层海水的水体交换，加强了营养盐的输运作用，提高了鱼礁区海域的初级生产力。同种模拟工况下，同类型的多孔空心人工鱼礁以90°摆放时形成的上升流和背涡流规模强度达到最大，30°摆放时次之，45°摆放时的上升流和背涡流规模、强度最小；单礁体情况下箱型鱼礁产生的流场效应更优。
　　通过分析不同礁距下的九礁组合流场差异，同一工况下，上升流规模强度随着礁距的增加呈现出先增大后减小的趋势，1倍礁体距离下的鱼礁组合能产生更好的流场调控效应，并且箱型鱼礁组合和三棱体鱼礁组合的第一组礁体背面出现双涡旋现象，而梯形台鱼礁组合只存在一个涡旋，双涡旋结构稳定，促进了鱼礁区的水体交换，对营养盐的输运作用更强，鱼类生存所需的饵料聚集效果更好，而稳定的双涡旋结构有利于鱼类的聚集，形成鱼群；同种工况下，箱型鱼礁和三棱体鱼礁组合能更好地发挥鱼礁的集鱼、饵料效应和环境修复功能。不同工况下，鱼礁九礁组合的上升流和背涡流规模基本保持不变，上升流和背涡流强度随来流速度的增大而增大，箱型鱼礁九礁组合模型在0.1m/s时，礁体内部和背流面出现涡旋现象，此时的涡旋流速低、结构不稳定，不利于鱼类的聚集；随着来流速度的增大，涡旋得到充分发育，形成稳定的结构，对鱼类的集鱼效应更显著。

目录

声明

前言

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的和内容

2 基本理论与数值模型

2.1流动基本方程

2.2湍流模型

2.3 RNG k-ε湍流模型

2.4网格生成

2.5模型求解计算算法

2.6边界条件

3单礁体流场效应的分析评估

3.1三种鱼礁结构类型

3.2单体鱼礁布置情况

3.3单体鱼礁流场效应对比分析

3.4小结

4鱼礁组合

4.1鱼礁组合类型

4.2鱼礁组合配置

4.3不同布设间距下的人工鱼礁流场特征分析

4.4不同工况下的箱型人工鱼礁流场特征

4.5本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2创新点

5.3展望

参考文献

致谢

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