波浪作用下渔用浮子结构水动力特性数值模拟

摘要

当前，近海由于人类的频繁活动，环境形势不容乐观，养殖区内污染问题突出，导致水产品产量下降，死亡率增加。在面对近海水产资源逐渐枯竭，环境日益恶化的形势下，为谋求更好的水产养殖环境和更加健康的养殖产品，将水产养殖由近海向深海推进是一种必然选择。深海水域具有环境污染少、营养丰富和清污能力强等优点，发展深海养殖技术既能解决水产品供不应求的现状，又能避免海洋环境的过度污染。在这一过程中，深水养殖网箱技术得到很大发展，而在复杂的外海海况下网箱的安全性也一直都是学者关注的焦点。本文针对渔业养殖设施的重要组成构件，不同形状渔用浮子的水动力特性进行研究。主要通过物理模型试验和数值计算的方法研究浮子的水动力特性，以期为深水网箱发展提供设计参考。
　　本文采用数值模拟和物理模型试验的方法对渔用浮子在波浪条件下的动力响应进行分析。首先以集中质量法和刚体运动学原理建立浮子数学模型，然后对渔用浮子在波浪作用下的水动力特性进行数值模拟，并将数模结果与试验得到的渔用浮子动力响应结果进行对比验证。最后对这两种不同形状渔用浮子在体积、质量都相同条件下的水动力特性进行比较分析，讨论两种浮子的差异性。
　　本文一共包含五章:第一章为绪论，主要介绍了课题的研究背景、国内外的研究现状、进展和本文的研究目的及内容。第二章介绍了两种不同形状渔用浮子的理论分析方法和两种渔用浮子数值模型。第三章首先介绍了球形渔用浮子物理模型试验的布置方式，数据采集的手段。然后通过数值计算结果与模型试验结果的对比验证，对影响球形浮子位移和受力的因素进行了分析和讨论。第四章首先介绍柱形浮子物理模型试验的方法，然后将数值计算结果与试验数据对比，从柱形浮子的运动幅度、锚绳拉力和倾角三个方面分析其水动力特性。第五章对这两种不同形状渔用浮子在体积、质量都相同时的水动力特性进行了比较，通过数值模拟结果与物理模型试验结果比较了在相同的试验工况条件下两种不同形状渔用浮子动力响应的差异性。文章的最后是对研究工作的总结和展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 渔用浮子的简介及应用

1．3 国内外研究进展

1．4 本文研究工作

2 基本理论和数值模型

2．1 浮球的模拟方法

2．1．1 浮球波浪场理论

2．1．2 浮球的受力和运动分析

2．2 柱形浮子的模拟方法

2．2．1 柱形浮子的受力

2．2．2 柱形浮子的运动分析

2．2．3 柱形浮子的坐标转换

2．3 锚绳系统的模拟方法

2．3．1 锚绳的受力

2．3．2 锚绳的运动方程

2．4 小结

3 波浪对单个球形浮子作用的数值模拟和试验验证

3．1 物理模型试验

3．1．1 模型设计及模型布置

3．1．2 试验条件及方法

3．1．3 锚绳弹性的拟合

3．2 数值模拟和试验验证

3．2．1 球形浮子的运动分析

3．2．2 锚绳拉力分析

3．3 波浪作用下球形浮子的水动力系数研究

3．4 小结

4 波浪对单个柱形浮子作用的数值模拟和试验验证

4．1 物理模型试验介绍

4．1．1 试验模型和布置形式

4．1．2 试验条件

4．1．3 锚绳的弹性拟合

4．2 水动力系数的选取

4．3 数值模拟和试验验证

4．3．1 柱形浮子运动特性分析

4．3．2 柱形浮子倾角的对比

4．3．3 锚绳拉力的比较

4．4 小结

5 波浪作用下球形和柱形浮子的动力响应比较

5．1 浮子参数

5．2 相同条件下浮子动力响应的比较

5．2．1 运动幅度的比较

5．2．2 锚绳力的比较

5．3 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