為了研究波浪作用下漁業(yè)養(yǎng)殖裝備的網(wǎng)衣受到的載荷,并探討主要的影響因素。采用屏模型對網(wǎng)衣進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,分別應(yīng)用線性波理論和2階斯托克斯波理論計(jì)算流體質(zhì)點(diǎn)速度和加速度,并考慮自由表面變化對網(wǎng)衣載荷的影響。為了驗(yàn)證數(shù)值方法,對不同密實(shí)度網(wǎng)衣進(jìn)行了水槽試驗(yàn)。結(jié)果表明,屏模型計(jì)算得到的網(wǎng)衣波浪載荷和試驗(yàn)吻合較好,2階斯托克斯波理論計(jì)算得到的波浪水平力峰值比線性波理論計(jì)算的精度更高。網(wǎng)衣密實(shí)度對網(wǎng)衣受到的波浪載荷具有較大影響,特別是在長周期波情況,影響更為顯著。 

【文章來源】：中國造船. 2020,61(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

典型深遠(yuǎn)海（a）海洋漁場

61卷第2期（總第234期）苗玉基，等：波浪作用下網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)承受載荷研究213（a）速度分解（b）作用力分解圖3網(wǎng)衣受力示意圖網(wǎng)衣受到的水動力可分解為沿流體運(yùn)動方向的阻力DF和垂直于流體運(yùn)動方向的升力LF，也可以分解為沿網(wǎng)衣法向的法向力NF和沿網(wǎng)衣切向的切向力TF。這兩種分解方式都能描述網(wǎng)衣的受力，它們的系數(shù)存在如下關(guān)系：DNTCCcosCsin（12）LNTCCsinCcos（13）式中，DC為阻力系數(shù)，LC為升力系數(shù)，NC為法向力系數(shù)，TC為切向力系數(shù)，這些系數(shù)與密實(shí)度、雷諾數(shù)等有關(guān)；為流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向與網(wǎng)衣之間的夾角。Kristiansen和Faltinsen基于試驗(yàn)結(jié)果，得到了適用于密實(shí)度nS0.5的網(wǎng)衣法向力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式[9]：circ.cylDnn2N2n2πcos,0214CSSCS（14）式中，circ.cylDC是由試驗(yàn)結(jié)果回歸得到的關(guān)于雷諾數(shù)Re的7階經(jīng)驗(yàn)公式：23circ,cylD10101045671010101078.46675254.73873log327.8864log223.64577log87.92234log20.00769log2.44894log0.12479logCReReReReReReRe（15）雷諾數(shù)的計(jì)算公式如下：wreln1dURevS（16）在計(jì)算得到NC后，可由下式得到切向力系數(shù)TC：TNN4π,084CCC（17）將NC和TC代入式（12）和式（13），即可得到阻力系數(shù)和升力系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算網(wǎng)衣受到的阻力DF和升力LF：2DDrelD12FCAUn（18）2LLrelL12FCAUn（19）式

214中國造船學(xué)術(shù)論文relenrelLrelenrelUnUnUnU（21）式中，enn為網(wǎng)衣單元的法向量。在數(shù)值計(jì)算中需對每一時(shí)間步求解網(wǎng)衣與流體質(zhì)點(diǎn)間相對速度，以及網(wǎng)衣法向量與流體質(zhì)點(diǎn)速度的夾角，進(jìn)而求解法向力和切向力方向向量。2波浪水槽試驗(yàn)在上海交通大學(xué)波浪水槽進(jìn)行了網(wǎng)衣試驗(yàn)。采用實(shí)際工程應(yīng)用的網(wǎng)衣原型，材料為超高分子聚乙烯。用3種不同密實(shí)度的網(wǎng)衣進(jìn)行試驗(yàn)，網(wǎng)衣參數(shù)如表1所示。網(wǎng)衣在波浪水槽中的布置如圖4所示，圖5所示為第二種密實(shí)度網(wǎng)衣在規(guī)則波中的試驗(yàn)。波浪水槽總長52m，工作段長46m，寬0.8m，高1.2m，試驗(yàn)水深0.6m。水槽一端為造波機(jī)，在另一端設(shè)置消波坡和消波塊。采用剛性框架固定網(wǎng)衣，網(wǎng)衣到造波機(jī)的距離為20m，在網(wǎng)衣前后1m處各設(shè)置1個(gè)浪高儀，如圖4所示。在剛性框架頂端布置有三分力傳感器，用來測量網(wǎng)衣受到的波浪力。波浪周期取為1.0~2.0s，間隔為0.2s，波高為0.06~0.15m。表1網(wǎng)衣參數(shù)參數(shù)孔隙率密實(shí)度線徑/mm網(wǎng)目/mmNo.10.6600.3403.0016.00No.20.7560.2443.0023.00No.30.8710.1295.0075.00圖4波浪水槽中網(wǎng)衣布置圖圖5網(wǎng)衣試驗(yàn)3結(jié)果與討論3.1孔隙率對波浪力的影響試驗(yàn)結(jié)果表明網(wǎng)衣受到的波浪水平力要遠(yuǎn)大于豎向力，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果基本一致[12-13]。ForceTransducer1.14mG1G2Net1m1m20m26mSpongerZone

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]固定方式對樁柱式圍網(wǎng)網(wǎng)片波浪力學(xué)特性影響研究[J]. 桂福坤,陳天華,趙云鵬,董國海.  大連理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[2]平面網(wǎng)衣周圍流場的三維數(shù)值模擬[J]. 趙云鵬,畢春偉,董國海,李玉成.  水動力學(xué)研究與進(jìn)展A輯. 2011(05)



本文編號：3220807