桩柱式围网养殖系统水动力特性研究

摘要

桩柱式围网养殖是一种新兴发展的生态型养殖模式。由于该种养殖模式尚处于起步阶段，在台风等浪高、流急的恶劣环境下，存在因结构设计与施工技术尚不成熟引起的设施安全隐患等诸多关键技术问题有待解决。因此本文针对桩柱式围网养殖系统在波浪和水流作用下的水动力特性进行了研究。　　本文基于集中质量点法对网衣进行了合理的简化，受力分析，并建立了网衣的运动响应数学模型。此外，通过物理验证性试验对此数学模型进行了验证，比较模拟结果和试验结果发现吻合较好。　　利用建立的数值模拟方法研究了桩柱式围网网片在波浪作用下的水动力特性，分析了波高、波向、网片尺寸、固定方式、纲绳直径和纲绳网格大小对围网网片网线张力分布、结节偏移和系缚点受力等的影响。研究结果发现:波高的变化对网片首尾系缚点受力影响较大而对中间系缚点影响相对较小。波向30°～70°时为网线最大张力和系缚点受力的主要增加段。通过系缚点间距与网片横宽比，可判断网线最大张力发生的部位。增加系缚点的数量有利于降低所有系缚点的受力，但当超过临界系缚点数量（为4～5个）时，网线的最大受力和最大偏移不再显著下降。当纲绳直径小于4mm时，网片内部张力主要由网线承担，当纲绳直径大于4mm时，纲绳转变为张力的主要承担者，而纲绳和网线的运动不再显著减小。采用菱形纲绳时网线的最大张力比采用相当大小的矩形纲绳时网线的最大张力稍小，发现菱形纲绳有传导力的作用而矩形纲绳隔绝了内部网线张力的传导。矩形纲绳的首尾系缚点受力比菱形纲绳小，但是矩形纲绳的中间系缚点受力比菱形纲绳更大。　　除了考虑波浪的作用，本文同样利用数值模拟对桩柱式围网网片在水流作用下的水动力特性进行了研究分析。分析发现:在水流中网片各部位的受力和变形比在波浪中小。水流中有较多水动力特性规律几乎为波浪中的对称形式，但属于在水流中独特水动力特性的也不少，如网线最大张力和系缚点最大受力随流向的增加而增加。菱形纲绳的网片增加其纲绳网格密度不会影响其首尾系缚点的受力，而在添加纲绳的系缚点处，该系缚点的受力会增加，但同时使其周围的系缚点受力减小。矩形纲绳有拦截力的作用，能减小首尾系缚点的受力，但会增加中间系缚点的受力，特别是在水流中，中间系缚点的受力甚至超过了首尾系缚点的受力。以及菱形纲绳与矩形纲绳上最大张力的分布等都与波浪中的大不一样。　　在基于局部网片的研究经验基础上，利用数值模拟对桩柱式围网养殖系统的整体水动力特性进行了研究，分析了系统代表性部位的网片荷载、纲绳张力、网片变形和桩柱合力，研究发现:系统的中间部位是主要受作用部位。一般系统拐角处的桩柱受力比边上的大。作用角度的改变对系统内部存在一定的影响，但对系统整体影响较小，而且无明显规律可循。　　本文研究结果可为桩柱式围网设计、制作、海上敷设、安全性能评估和围网抗风浪技术的研发等提供重要参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 围网养殖系统主要结构形式

1．2．1 桩柱式围网

1．2．2 岸联式围网

1．2．3 浮绳式围网

1．3 国内外研究现状

1．4 本文研究内容

第二章 桩柱式围网养殖系统研究方法

2．1 数值模型

2．1．1 模型假定

2．1．2 受力分析

2．1．3 建立运动方程

2．1．4 网目群化技术

2．1．5 相对水深修正

2．1．6 程序计算流程

2．2 模型验证

2．2．1 物理验证性试验

2．2．2 结果与分析

2．3 小结

第三章 波浪作用下桩柱式围网网片的水动力特性研究

3．1 模拟条件

3．2 结果与分析

3．2．1 波高对围网网片力学特性的影响

3．2．2 波浪入射方向对围网网片力学特性的影响

3．2．3 网片尺寸对围网网片力学特性的影响

3．2．4 系缚方式对围网网片力学特性的影晌

3．2．5 纲绳直径对围网网片力学特性的影响

3．2．6 纲绳网格大小对围网网片力学特性的影响

3．3 小结

第四章 水流作用下桩柱式围网网片的水动力特性研究

4．1 模拟条件

4．2 结果与分析

4．2．1 流速对围网网片水力特性的影响

4．2．2 水流来流方向对围网网片水力特性的影响

4．2．3 网片尺寸对围网网片水力特性的影响

4．2．4 系缚方式对围网网片水力特性的影响

4．2．5 纲绳直径对围网网片水力特性的影响

4．2．6 纲绳网格大小对围网网片水力特性的影响

4．3 小结

第五章 桩柱式围网养殖系统整体水动力特性研究

5．1 模拟条件

5．2 结果与分析

5．2．1 波高对桩柱式围网整体水动力特性的影响

5．2．2 波向对桩柱式围网整体水动力特性的影响

5．2．3 流速对桩柱式围网整体水动力特性的影响

5．2．4 流向对桩柱式围网整体水动力特性的影响

5．3 小结

结论

参考文献

致谢

在读期间发表学术论文及研究成果