【摘要】：南極磷蝦(Euphausia superba)是目前地球上已知的最大的單種生物資源,其巨大的生物量和潛在的開發(fā)價(jià)值受到各國(guó)的巨大關(guān)注。中國(guó)自2009年開始參與南極磷蝦漁業(yè),漁業(yè)企業(yè)派遣大型加工拖網(wǎng)漁船赴南極海域進(jìn)行南極磷蝦資源探捕,使用的漁具是隨船同時(shí)引進(jìn)或基于竹{t魚拖網(wǎng)設(shè)計(jì)的大網(wǎng)目拖網(wǎng)。由于網(wǎng)具和網(wǎng)板不十分匹配,網(wǎng)口水平和垂直擴(kuò)張均未達(dá)到理想狀態(tài),導(dǎo)致捕撈效果不甚理想,年捕撈量與挪威、韓國(guó)、日本等國(guó)家的漁船相比差距較大。2010年,中國(guó)自韓國(guó)引進(jìn)的小網(wǎng)目南極磷蝦拖網(wǎng),在生產(chǎn)作業(yè)中亦表現(xiàn)出網(wǎng)具擴(kuò)張效果不佳、產(chǎn)量不理想的情況。2012年,中國(guó)引進(jìn)了日本專業(yè)南極磷蝦捕撈加工船“福榮丸”(現(xiàn)船名“福榮海”),并隨船配置了小網(wǎng)目南極磷蝦專業(yè)拖網(wǎng)。2013年,“福榮�！蓖度肷a(chǎn)后,捕撈量增幅明顯。因此,對(duì)于南極磷蝦拖網(wǎng)性能的研究是十分必要的。本文將拖網(wǎng)網(wǎng)具的快速性、擴(kuò)張性、經(jīng)濟(jì)性和水動(dòng)力性能作為漁具性能主要指標(biāo)。為了解目前南極磷蝦拖網(wǎng)的性能及受到哪些因素的影響,使用模型試驗(yàn)方法進(jìn)行研究非常的必要。模型試驗(yàn)得到的結(jié)果與海上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合,可以研究不同南極磷蝦拖網(wǎng)性能差異,浮沉比、手綱、空綱及內(nèi)網(wǎng)的線面積對(duì)網(wǎng)具性能的影響,可作為海上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的重要參考。本文首先通過收集到的文獻(xiàn)對(duì)目前各國(guó)家使用的網(wǎng)具特點(diǎn)進(jìn)行分析,了解目前應(yīng)用的網(wǎng)具性能的優(yōu)勢(shì)和存在的缺點(diǎn),以此確定3頂小網(wǎng)目網(wǎng)具(Net A、Net B和Net C)為原型網(wǎng);其次,選擇合適的模型試驗(yàn)準(zhǔn)則,根據(jù)3頂南極磷蝦拖網(wǎng)原型網(wǎng)網(wǎng)圖換算模型網(wǎng)主要參數(shù),并制作模型網(wǎng);再次,采用虛擬尺度比進(jìn)行模型試驗(yàn)參數(shù)的換算并進(jìn)行模型試驗(yàn),測(cè)得各網(wǎng)具性能,并以Net A為基礎(chǔ),研究浮沉比、手綱、空綱以及內(nèi)網(wǎng)線面積對(duì)網(wǎng)具性能的影響;然后基于Net A,通過浮沉力等比例變化與阻力和網(wǎng)口高度的關(guān)系,擬合原型網(wǎng)各性能指標(biāo),與虛擬尺度比換算原網(wǎng)性能結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證虛擬尺度比所得結(jié)果的準(zhǔn)確性;最后,根據(jù)各試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)Net A進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文得到的主要結(jié)論如下:(1)目前各國(guó)應(yīng)用的南極磷蝦拖網(wǎng)中,大網(wǎng)目拖網(wǎng)因其線面積小,網(wǎng)具的快速性、經(jīng)濟(jì)性和水動(dòng)力性能較之其它網(wǎng)具具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因其網(wǎng)具規(guī)格巨大,容易獲得較好的袖端水平擴(kuò)張和網(wǎng)口高度,但由于受到曳綱長(zhǎng)度和網(wǎng)板性能的影響,其網(wǎng)具擴(kuò)張性與網(wǎng)具的規(guī)格略有不符。小網(wǎng)目拖網(wǎng)由于網(wǎng)目尺寸小,逃逸空間更為有限,由于網(wǎng)板性能與網(wǎng)具較為匹配,袖端擴(kuò)張和網(wǎng)口高度也較為理想,且與網(wǎng)具的規(guī)格更為符合。但小網(wǎng)目南極磷蝦拖網(wǎng)線面積較大且多數(shù)為雙層網(wǎng)身結(jié)構(gòu),因此,其快速性不如大網(wǎng)目拖網(wǎng),以至于因其阻力與大網(wǎng)目拖網(wǎng)的巨大差異,造成網(wǎng)具的經(jīng)濟(jì)性和水動(dòng)力性能不如大網(wǎng)目南極磷蝦拖網(wǎng)。(2)通過理論分析確定Net A、Net B和Net C為原型網(wǎng),選擇田內(nèi)準(zhǔn)則進(jìn)行模型網(wǎng)和模型試驗(yàn)參數(shù)的換算,并通過模型試驗(yàn)對(duì)不同南極磷蝦拖網(wǎng)性能進(jìn)行分析。模型試驗(yàn)中采用虛擬小尺度比為9,虛擬速度比為3,模型試驗(yàn)平均速度分別為:0.345 m/s、0.428 m/s、0.513 m/s、0.599 m/s、0.685 m/s。L/S取值范圍為:0.4-0.55,以0.05為間距,分4檔,各個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn),取平均值進(jìn)行原型網(wǎng)參數(shù)的換算。試驗(yàn)結(jié)果為:拖速對(duì)阻力、擴(kuò)張性能(網(wǎng)口高度、垂直擴(kuò)張率、掃海面積和網(wǎng)口擴(kuò)張率)、經(jīng)濟(jì)性(能耗系數(shù))、水動(dòng)力性能和平均沖角均存在顯著性的影響(P0.05);L/S則對(duì)以上參數(shù)沒有顯著性影響(P0.05);Net C的綜合性能明顯優(yōu)于Net A和Net B;Net C的快速性明顯優(yōu)于其它2頂網(wǎng)具(P0.05),擴(kuò)張性則Net A最佳,單層網(wǎng)身結(jié)構(gòu)的Net C則優(yōu)于Net B;網(wǎng)具水中運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠保持網(wǎng)身穩(wěn)定,網(wǎng)身呈流線型,Net C后端收縮相對(duì)明顯,3頂網(wǎng)具各段均保持平滑狀態(tài);根據(jù)小山武夫與胡夫祥的不同形式的拖網(wǎng)阻力估算方程,南極磷蝦拖網(wǎng)阻力估算方程可表示為:當(dāng)n≠2時(shí),Net A:1.6690.086A d R CLV a=;Net B:0.0651.678B d R CLV a=;Net C:0.0301.535C d R CLV a=;當(dāng)n=2時(shí),Net A:20.076A d R CLV a=和0.328 21(0.209)2A eRρR SV-=;Net B:20.057B d R CLV a=和0.318 21(0.191)2B eRρR SV-=;Net C:0.0252C d R CLV a=和0.460 21(0.202)2c eRρR SV-=。(4)基于Net A,通過正交試驗(yàn)分析浮沉比、手綱及空綱對(duì)于網(wǎng)具性能的影響。浮沉比通過浮力調(diào)整來實(shí)現(xiàn),將浮沉比、手綱、空綱分別設(shè)為:A(0.9、1.2、1.5)、B(2.00 m、2.25 m、2.50 m)、C(2.00 m、2.25 m、2.50 m);根據(jù)正交試驗(yàn)表在5個(gè)平均拖速、4個(gè)L/S水平下進(jìn)行試驗(yàn),共進(jìn)行2次重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:3個(gè)因素對(duì)網(wǎng)具的阻力、網(wǎng)口高度和能耗系數(shù)均不存在顯著性影響(PA0.05,PB0.05,PC0.05)。鑒于能耗系數(shù)相對(duì)能綜合反映網(wǎng)具阻力和擴(kuò)張性能的關(guān)系,針對(duì)能耗系數(shù)的方差分析結(jié)果,各因素的影響排序分別為:當(dāng)L/S=0.4時(shí),空綱手綱浮沉比;當(dāng)L/S=0.5時(shí),手綱空綱浮沉比;當(dāng)L/S=0.55時(shí),手綱浮沉比空綱;當(dāng)L/S=0.55時(shí),手綱浮沉比空綱。不同L/S時(shí)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)組合分別為:A2B2C1,即浮力為816 g,浮沉比為1.2,手綱為2.25 m,空綱為2.00 m;A2B2C3,即浮力為816 g,浮沉比為1.2,手綱為2.25 m,空綱為2.50 m;A2B2C2,即浮力為816 g,浮沉比為1.2,手綱為2.25 m,空綱為2.25 m;A2B2C2,即浮力為816g,浮沉比為1.2,手綱長(zhǎng)為2.25 m,空綱為2.25 m。建議今后網(wǎng)具性能調(diào)整時(shí)可考慮適當(dāng)增加浮沉比,減小手綱長(zhǎng)度,增加空綱長(zhǎng)度。(5)基于Net A,通過減少內(nèi)網(wǎng)的線面積,分析內(nèi)網(wǎng)對(duì)南極磷蝦拖網(wǎng)性能的影響。試驗(yàn)在5個(gè)平均拖速、4個(gè)L/S水平下進(jìn)行試驗(yàn),共進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)。PA材料模型網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)依次取下,根據(jù)線面積比例擬合內(nèi)網(wǎng)全部取下后的結(jié)果,并與模型網(wǎng)外網(wǎng)為PE材料試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明:內(nèi)網(wǎng)線面積對(duì)于各性能存在顯著性影響(P0.01)。不裝配內(nèi)網(wǎng)時(shí),阻力最大下降41.33%;網(wǎng)口高度和垂直擴(kuò)張率最大增加19.11%,掃海面積與網(wǎng)口擴(kuò)張率增加幅度與網(wǎng)口高度相同,能耗系數(shù)與水動(dòng)力性能得到明顯改善。與Net C相比,Net A除阻力外,其它性能指標(biāo)均優(yōu)于Net C。建議今后南極磷蝦拖網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮單層網(wǎng)身結(jié)構(gòu)的網(wǎng)具。(6)通過浮沉力同時(shí)按比例改變,采用虛擬速度比進(jìn)行模型試驗(yàn),可得到的模型網(wǎng)的阻力、網(wǎng)口高度與拖速的關(guān)系曲線,將實(shí)際計(jì)算得到的模型試驗(yàn)拖速代入曲線關(guān)系式,可得到對(duì)應(yīng)的模型網(wǎng)的阻力與網(wǎng)口高度,根據(jù)浮沉力比例擬合原型網(wǎng)各性能結(jié)果,以此方法驗(yàn)證采用虛擬速度比時(shí)所得結(jié)果之準(zhǔn)確性。浮沉力分別為原型網(wǎng)的30%、25%和20%。同時(shí)采用與原型網(wǎng)材料相同的模型網(wǎng)在虛擬速度下進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)在5個(gè)平均拖速、4個(gè)L/S水平下進(jìn)行試驗(yàn),共進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,浮沉力同時(shí)變化時(shí)對(duì)阻力沒有顯著性影響(P0.05),而對(duì)網(wǎng)口高度存在顯著性影響(P0.05)。兩組試驗(yàn)所得原型網(wǎng)各性能與虛擬速度下得到的原型網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果相比均存在誤差,各性能結(jié)果對(duì)應(yīng)的最大誤差均不超過15%,平均誤差均在7%以下。(7)以Net A為基礎(chǔ),并根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。Net A的主尺度保持不變,不裝配內(nèi)網(wǎng),增大網(wǎng)袖至網(wǎng)身第5段的網(wǎng)目尺寸。調(diào)整后,網(wǎng)具的線面積由964.51 m2減少至486.90 m2,減少了49.5%,外網(wǎng)的線面積減少153.29 m2。網(wǎng)具的阻力進(jìn)一步降低,網(wǎng)口高度得到增大。同時(shí)繪制優(yōu)化網(wǎng)具的網(wǎng)圖。本研究較為系統(tǒng)的分析了南極磷蝦拖網(wǎng)的特點(diǎn),研究結(jié)果對(duì)提高南極磷蝦拖網(wǎng)作業(yè)性能,降低能耗,提高生產(chǎn)效率以及今后南極磷蝦拖網(wǎng)的優(yōu)化、設(shè)計(jì)具有重要的意義。希望本研究可以為南極磷蝦拖網(wǎng)的發(fā)展提供必要的參數(shù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S972.13

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本文編號(hào)：2502306