本文選題：拖網(wǎng)網(wǎng)具 + 水彈性　； 參考：《浙江大學》2016年博士論文

【摘要】：海洋是人類的資源寶庫,海洋漁業(yè)為人類的生存和發(fā)展提供了豐富的營養(yǎng),是人類重要的食物來源。拖網(wǎng)作為海洋漁業(yè)中最廣泛使用的捕撈技術(shù),其產(chǎn)量占世界捕撈總量的百分之四十以上,重要程度不言而喻。拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)是拖網(wǎng)作業(yè)的重要部件,由拖網(wǎng)網(wǎng)衣、手綱、網(wǎng)板以及曳綱等組成,其性能對捕撈效率、拖網(wǎng)船能耗有著決定性的作用。因此,拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)的設計、優(yōu)化是海洋漁業(yè)研究中的熱點。拖網(wǎng)網(wǎng)具在水中運動時受水流作用而表現(xiàn)出極大的柔性變形,此變形也會改變網(wǎng)具所受的水動力,因此普遍認為拖網(wǎng)網(wǎng)具在水中的運動是一種水彈性力學行為。拖網(wǎng)網(wǎng)具水彈性力學特性主要表現(xiàn)為網(wǎng)具在水流中的受力與變形�，F(xiàn)有拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)水彈性力學特性的分析手段主要有三種:實物海試,模型試驗以及數(shù)值仿真。相較于其他兩種方法,數(shù)值仿真具有使用成本低、開發(fā)周期短、參數(shù)易調(diào)整、數(shù)據(jù)一致性高、結(jié)果受干擾小的特點,在拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)的設計、優(yōu)化中起到越來越重要的作用。然而,現(xiàn)有的拖網(wǎng)網(wǎng)具數(shù)值模擬技術(shù)還存在很多不足,最重要的一點就是其計算效率極低,一頂網(wǎng)具進行一次數(shù)值試驗往往需要運算數(shù)天時間,嚴重限制了數(shù)值模擬技術(shù)在網(wǎng)具水彈性力學特性分析以及設計、優(yōu)化方面的應用。其次,由于其計算效率低,間接的限制了拖網(wǎng)網(wǎng)具數(shù)值模型向更復雜,更精確的方向發(fā)展。為了克服拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)數(shù)學模型所存在的上述問題,并進一步提高系統(tǒng)模型的準確性,本文針對大型拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)水彈性力學特性的數(shù)值模擬方法開展了研究。論文首先給出了大型拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模的基本方法�；谒⒌木W(wǎng)具模型以及數(shù)值求解方法,推導了網(wǎng)具系統(tǒng)的數(shù)值穩(wěn)定性判據(jù);并根據(jù)數(shù)值穩(wěn)定性判據(jù),提出了提高網(wǎng)具仿真計算效率的優(yōu)化方法。通過優(yōu)化,可以提高拖網(wǎng)模型的計算效率40倍左右,而由于優(yōu)化引入的仿真結(jié)果的失真不超過2%。之后,本文使用流固耦合的方法進一步研究了拖網(wǎng)網(wǎng)具的水彈性力學特性,并將仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比。結(jié)果表明,使用本文所提出的拖網(wǎng)網(wǎng)具流固耦合建模方法,仿真出的流場與網(wǎng)具水動力結(jié)果與實驗值之間的誤差在2%-6%之間,而計算速度較現(xiàn)有的方法快上百倍,特別適用于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)流固耦合的水彈性力學分析計算。為了使拖網(wǎng)系統(tǒng)模型在拖曳參數(shù)變化范圍較大時也能得到準確的結(jié)果,本文提出了拖網(wǎng)網(wǎng)板的六自由度建模方法,并使用海試數(shù)據(jù)對網(wǎng)板參數(shù)進行辨識。當在曳綱長度在200m-900m范圍內(nèi)變化時,使用包含網(wǎng)板六自由度模型的拖網(wǎng)系統(tǒng)仿真結(jié)果與海試數(shù)據(jù)的最大偏差在5%左右。最后,在前文所建立的網(wǎng)具數(shù)學模型的基礎上,通過數(shù)值試驗的方法總結(jié)歸納了拖網(wǎng)網(wǎng)具的負載特性。論文全文安排如下:第1章介紹了拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)的組成及其水彈性力學特性的研究方法,闡述了拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)水彈性力學特性數(shù)值模擬及相關(guān)內(nèi)容的研究現(xiàn)狀,交代了本課題的研究背景,指出了本課題的研究意義,說明了本課題的主要研究內(nèi)容。第2章主要說明了使用集中質(zhì)量法建立拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的基本方法,給出了網(wǎng)片、目腳以及結(jié)節(jié)的水動力計算公式,推導了代表網(wǎng)具運動的集中質(zhì)量點的運動方程。比較了網(wǎng)目合并方法對仿真精度的影響。第3章通過對拖網(wǎng)網(wǎng)具數(shù)學模型計算發(fā)散的過程進行分析,提出了基于網(wǎng)具集中質(zhì)量模型基本單元的網(wǎng)具模型數(shù)值穩(wěn)定性分析方法。通過將網(wǎng)具模型的數(shù)值求解過程等效為一個離散系統(tǒng),推導了網(wǎng)具模型的數(shù)值穩(wěn)定性判據(jù),并據(jù)此進一步設計了網(wǎng)具模型的優(yōu)化方法,用于提高拖網(wǎng)網(wǎng)具模型的計算效率。第4章建立了拖網(wǎng)網(wǎng)具與其周圍水流耦合作用的模型。網(wǎng)具周圍的流場使用有限體積法建模。在流場模型和網(wǎng)具模型的基礎上,提出了混合體積法用于將網(wǎng)具離散到流場模型的控制單元中,網(wǎng)具對流體的阻滯力通過牛頓第三定律直接將網(wǎng)具水動力的反力表示在流場模型RANS方程的源項當中。為了驗證所建立模型的準確性,本章將仿真得到的網(wǎng)具水動力和流場分布結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比。第5章介紹了拖網(wǎng)網(wǎng)板的六自由度建模方法。本章首先對網(wǎng)板模型的幾何參數(shù)以及參考坐標系進行了定義,在此基礎上給出了拖網(wǎng)網(wǎng)板工作角度與水動力系數(shù)的計算公式,并推導了網(wǎng)板的運動方程。文中網(wǎng)板的水動力系數(shù)表示為網(wǎng)板工作角度的函數(shù),并通過最優(yōu)化算法辨識了網(wǎng)板的水動力系數(shù)與其工作角度間關(guān)系函數(shù)的系數(shù)。第6章使用前文所建立的拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)模型,對不同拖曳參數(shù)以及海浪干擾組合下的拖網(wǎng)網(wǎng)具曳綱張力進行了 600組數(shù)值試驗。使用數(shù)值試驗結(jié)果,通過曲線擬合的方法,總結(jié)歸納了拖網(wǎng)網(wǎng)具的負載特性。最后,將網(wǎng)具負載特性函數(shù)計算出的曳綱張力與網(wǎng)具物理模型計算出曳綱張力進行了對比,驗證了本文網(wǎng)具負載特性函數(shù)歸納方法的可行性。第7章對本論文的研究工作進行了概述,提出了本論文的主要結(jié)論及創(chuàng)新點,并展望了下一步的研究方向和研究內(nèi)容。
[Abstract]:In order to overcome the above mentioned problems and to improve the accuracy of the system model , the numerical simulation technology of trawl net has three main characteristics : physical sea test , model test and numerical simulation . In this paper , the numerical stability criterion of trawl net is presented in this chapter .
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S972.13

【參考文獻】

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1 高帥;尹勇;孫霄峰;神和龍;;單船中層拖網(wǎng)系統(tǒng)仿真平臺的研究[J];大連海事大學學報;2015年02期

2 ZHOU Cheng;XU Liuxiong;ZHANG Xinfeng;YE Xuchang;;Application of Numerical Simulation for Analysis of Sinking Characteristics of Purse Seine[J];Journal of Ocean University of China;2015年01期

3 陳英龍;趙勇剛;周華;黃洪亮;;大型中層拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)的仿真研究[J];浙江大學學報(工學版);2014年04期

4 陸奇巍;張敏;鄒曉榮;李玉偉;吳昔磊;謝峰;;竹魚中層拖網(wǎng)阻力計算的初步研究[J];海洋漁業(yè);2014年02期

5 孫霄峰;高帥;尹勇;劉秀文;楊京華;;漁船模擬器中中層拖網(wǎng)的建模與仿真[J];大連海洋大學學報;2012年03期

6 徐寶生;張勛;王明彥;;單船拖網(wǎng)網(wǎng)板的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];福建水產(chǎn);2010年01期

7 許永久;張敏;;智利竹{t魚中層拖網(wǎng)設計參數(shù)與作業(yè)性能分析[J];現(xiàn)代漁業(yè)信息;2009年12期

8 萬榮;朱文斌;何鑫;崔勇;劉莉莉;;雙船中層拖網(wǎng)網(wǎng)位控制的靜力學解析[J];中國海洋大學學報(自然科學版);2007年01期

9 桂福坤;李玉成;趙云鵬;董國海;;A Model for the Calculation of Velocity Reduction Behind A Plane Fishing Net[J];China Ocean Engineering;2006年04期

10 朱立新;梁振林;黃六一;趙芬芳;;Numerical Simulation of Dynamic Response of Supple Nets[J];China Ocean Engineering;2006年03期

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本文編號：2026949