圆柱镂空型人工鱼礁波流水动力特性数值研究

摘要

近些年来，人类对海洋资源的掠夺和海洋环境的污染加剧，造成渔业资源的逐渐衰退。海洋牧场建设过程中证实了人工鱼礁对渔业资源的恢复和保护发挥了重要作用，并且还使近海的海洋生态环境得到改善。人工鱼礁水动力特性包含人工鱼礁的流场效应和安全稳定性两个方面的内容。人工鱼礁的流场效应关系到人工鱼礁产生的生态效应，而人工鱼礁的安全稳定性关系到人工鱼礁的使用寿命及人工鱼礁是否能正常的发挥作用。在复杂的海洋环境中，人工鱼礁在海底会受到波浪和水流的共同作用，研究波流共同作用下的人工鱼礁水动力特性更符合实际情况，可为人工鱼礁的设计、评估人工鱼礁产生的生态效应提供更准确的理论依据。
　　本文根据边界造波法的原理，利用FLUENT软件建立了可以分别模拟单独水流、单独波浪及波流作用下人工鱼礁水动力特性的三维数值波流水槽。通过该数值模型模拟了7种波流组合中单独波浪、单独水流及波流作用下圆柱镂空型人工鱼礁的受力及其周围的流场。将数值模拟得到7种不同波流工况的受力情况与对应工况下物理模型实验的结果进行了对比分析，验证了此数值模型模拟人工鱼礁水动力特性的可行性。根据数值模拟的受力结果，对波流联合作用下水动力系数进行了分析；同时对7种波流工况下圆柱镂空型人工鱼礁的稳定性也进行了校核。根据数值模拟得到的人工鱼礁周围流场的结果，对在单独水流、单独波浪和波流分别作用下圆柱镂空型人工鱼礁周围的流场进行分析；也研究了不同流速水流和不同波流组合对圆柱镂空型人工鱼礁背涡流的影响。

目录

声明

1 绪论

1.1课题研究背景

1.2 人工鱼礁简介与分类

1.3 国内外相关研究概况

1.4 本文的研究工作和内容安排

2 数值波流水槽的基本理论

2.1 控制方程

2.2 数值计算方法

2.3 自由表面捕捉方法

2.4 数值造波方法

2.5 小结

3 数值波流水槽的建立与验证

3.1 二阶Stokes波、均匀流及波流联合的模拟

3.2 数值消波方法

3.3 数值水槽的网格划分

3.4 数值波流水槽模拟与理论验证

3.5 小结

4 圆柱镂空型人工鱼礁波流阻力研究

4.1 波流阻力水槽实验

4.2 数值模拟计算

4.3 波流联合作用下人工鱼礁的水动力系数分析

4.4 波流联合作用下人工鱼礁的稳定性分析

4.5 小结

5 圆柱镂空型人工鱼礁流场特性研究

5.1 单体圆柱型人工鱼礁在波、流和波流联合作用下的流场

5.2 不同流速水流下人工鱼礁流场数值结果分析

5.3 不同波流工况下人工鱼礁流场数值结果分析

5.4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢