發(fā)布時間：2017-05-23 14:21

  本文關鍵詞：基于數(shù)值模擬的金槍魚圍網(wǎng)性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)代金槍魚圍網(wǎng)由多種不同網(wǎng)目尺寸的網(wǎng)片組成,形成一張巨大的帶狀結(jié)構(gòu)以有效地捕撈棲息于中上層水域的金槍魚及金槍魚類種群。在捕撈操作過程中,通過幾乎圓周式的放網(wǎng)運動從空間上對魚群進行包圍,其后收絞括綱完成底部的閉合,最終網(wǎng)具形成碗狀的形態(tài),魚群被包圍扣押而不能逃逸。圍網(wǎng)捕撈的效率與網(wǎng)具的空間形態(tài)和體積、沉降的性能以及收絞的快速性有關,這些性能取決于漁具自身的結(jié)構(gòu)、海況環(huán)境和捕撈操作等因素。圍網(wǎng)的設計與優(yōu)化通�；诤Ｉ蠈崪y、模型試驗和數(shù)值模擬的研究方法,本文利用基于集中質(zhì)量法的數(shù)值模擬方法,建立圍網(wǎng)網(wǎng)具三維幾何模型并模擬圍網(wǎng)包圍和收絞過程中網(wǎng)具的空間運動和形態(tài),最終實現(xiàn)模擬結(jié)果的可視化,通過對圍網(wǎng)實物網(wǎng)片進行動水槽試驗的水動力測試,為模型建立提供所需要的水動力學計算公式和經(jīng)驗參數(shù);利用模型試驗和海上實測從網(wǎng)具運動、變形、綱索受力等方面開展圍網(wǎng)性能的基礎研究,為動力學數(shù)值模擬提供參考的基礎參數(shù)并用于驗證模型的精確性,研究結(jié)果如下:(1)為了精確地實現(xiàn)圍網(wǎng)數(shù)值模擬的可視化,需要獲得實物網(wǎng)片的水動力學參數(shù)。本文針對四股編結(jié)(Ultra Cross)無節(jié)網(wǎng)片和無節(jié)捻線網(wǎng)片進行了動水槽試驗,測試了網(wǎng)片垂直于來流時的阻力系數(shù)。UC網(wǎng)片的法向阻力系數(shù)表達為雷諾數(shù)和占空率的函數(shù),且材料光滑度和結(jié)構(gòu)類型的不同對阻力系數(shù)有影響。測試與水流具有沖角情況下的傾斜網(wǎng)片的阻力系數(shù)和升力系數(shù),當沖角小于50度時(傾向于平行狀態(tài)),阻力系數(shù)隨著占空率的減小而增加;對于超過50度的沖角(傾向于垂直狀態(tài)),阻力系數(shù)隨著占空率的增加而增加。占空率對傾斜網(wǎng)片阻力系數(shù)的雙重效應可用垂直和平行的阻力系數(shù)協(xié)同表示,升力系數(shù)的關系式可以忽略雷諾數(shù)的影響,占空率對升力系數(shù)依然存在雙重影響,但這種關系與阻力系數(shù)的情況相反;網(wǎng)片平行于水流時,網(wǎng)片迎流處的網(wǎng)線對背流向的網(wǎng)線產(chǎn)生最大的陰影效應,阻力系數(shù)隨著占空率的增加而減小,其關系式表達雷諾數(shù)和占空率的協(xié)同關系函數(shù)。通過非線性擬合得到的法向阻力系數(shù)公式、平行時阻力系數(shù)公式、傾斜時的阻力系數(shù)公式以及升力系數(shù)公式分別為:(2)為了獲得數(shù)值模擬中所需要的網(wǎng)具運動和受力的基礎參數(shù),利用模型試驗對圍網(wǎng)的變形、運動和受力等參數(shù)進行測試,并對三種不同的放網(wǎng)方式下的沉子綱和浮子綱的幾何變形、包圍面積、最大沉降深度、以及網(wǎng)船漂流和移動等方面進行了量化,以便通過這三種作業(yè)形態(tài)對模擬進行驗證。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與在靜水條件下放網(wǎng)下的沉子綱呈現(xiàn)的正常的水滴形狀相比,采用側(cè)流放網(wǎng)(cross set)的方式放網(wǎng)會形成扭曲形狀,采用順流放網(wǎng)(front set)則會更加近似圓形,而背流放網(wǎng)(back set)使形狀有些拉長和擠扁。順流放網(wǎng)(front set)通過減小網(wǎng)圈的收縮率在保持最大網(wǎng)圈面積上具有優(yōu)勢,浮子綱和沉子綱構(gòu)成的面積最大。沉子綱中部在不同放網(wǎng)方式下的沉降曲線可分為平直、內(nèi)曲和外曲三種形式。從沉降形態(tài)方面來講,背流放網(wǎng)(back set)可能是一個有利的放網(wǎng)策略。從漁船的運動角度來考慮,在流體作用力下,網(wǎng)具和船體本身均隨水流橫向移動,絞綱的反向拉力同時將船體拉至網(wǎng)圈內(nèi)部,背流放網(wǎng)(back set)時沿水流方向的移動距離最大。順流放網(wǎng)(front set)下由于網(wǎng)船的移動導致網(wǎng)船向網(wǎng)圈中心漂流的距離最大;在絞綱開始時,取魚部的括綱首先受到張力作用,并且隨著絞綱過程逐漸增加,在絞綱最后達到最大。取魚部和后翼端部位括綱的張力換算至實物分別為300和200k N,取魚部括綱的張力大于后翼端部位。(3)基于集中質(zhì)量法的方法對圍網(wǎng)建模。物理模型中,目腳之間的節(jié)點看做為集中質(zhì)量點,目腳(圓柱體)的質(zhì)量和受力被平均分配到相連的兩個質(zhì)點上,質(zhì)點之間通過彈簧結(jié)構(gòu)連接并提供張力,動力學方程通過梯形校正法求解以保證精度和穩(wěn)定性;根據(jù)水動力和質(zhì)量恒定法則確定等效網(wǎng)的網(wǎng)線直徑和材料密度補償,模擬結(jié)果實現(xiàn)放網(wǎng)和收絞過程的可視化,網(wǎng)具的受力分布顯示收絞之前網(wǎng)頭部分均受到較大的張力,沉子綱部位同樣受到較大張力,對于即將絞收完畢的階段,受到括綱的拉力影響,載荷集中于下方區(qū)域;模型中當施加0.4 Kn的水流時,網(wǎng)具發(fā)生了明顯的變形,最大沉降深度達到250 m左右。(4)為了驗證數(shù)值模擬的有效性,利用海上實測數(shù)據(jù)對沉降進行標準化后與模擬數(shù)值進行對比,利用圍網(wǎng)模型試驗驗證數(shù)值模擬中網(wǎng)具的三維形態(tài),模擬結(jié)果具有一定的精確性,但對于某些特殊情況下過高和過低的估計。在數(shù)值模擬中通過調(diào)整參數(shù)以完成網(wǎng)具的虛擬設計,以此測試不同參數(shù)下網(wǎng)具的性能:不同形態(tài)水流下的放網(wǎng)操作下,沉子綱沉降形態(tài)有差異;放網(wǎng)速度對沉降的影響為速度越快,沉降深度越大;網(wǎng)衣縮結(jié)系數(shù)對沉降性能的影響為縮結(jié)系數(shù)越小,沉降深度越大;網(wǎng)目尺寸放大有利于網(wǎng)具的沉降。
【關鍵詞】：金槍魚圍網(wǎng) 水動力系數(shù) 模型試驗 數(shù)值模擬 網(wǎng)具性能
【學位授予單位】：上海海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S972.21
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-13
• 引言13-16
• 第一章 金槍魚圍網(wǎng)概述16-29
• 1.1 金槍魚圍網(wǎng)網(wǎng)具結(jié)構(gòu)16-19
• 1.1.1 金槍魚圍網(wǎng)的尺度和基本構(gòu)造16-17
• 1.1.2 金槍魚圍網(wǎng)網(wǎng)片材料的選擇17-18
• 1.1.3 兩種典型的金槍魚圍網(wǎng)網(wǎng)具及其比較18-19
• 1.2 金槍魚圍網(wǎng)的操作技術(shù)19-20
• 1.3 金槍魚圍網(wǎng)網(wǎng)具的性能20-21
• 1.4 網(wǎng)具性能的研究方法和進展21-29
• 1.4.1 實物網(wǎng)海上試驗21-23
• 1.4.2 模型試驗23-26
• 1.4.3 動態(tài)數(shù)值模擬26-29
• 第二章 平面網(wǎng)片的水動力學特性29-47
• 2.1 引言29-30
• 2.2 水動力系數(shù)的研究回顧30-32
• 2.3 網(wǎng)片水動力系數(shù)水槽試驗設計32-36
• 2.3.1 試驗網(wǎng)片參數(shù)32-34
• 2.3.2 試驗設置與數(shù)據(jù)獲取34-36
• 2.4 水動力系數(shù)的測試結(jié)果和討論36-46
• 2.4.1 法向阻力系數(shù)的確定36-37
• 2.4.2 網(wǎng)片平行水流的阻力系數(shù)37-39
• 2.4.3 網(wǎng)片與水流呈一定沖角的阻力系數(shù)和升力系數(shù)39-41
• 2.4.4 試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式的對比41-44
• 2.4.5 試驗條件和設計的潛在影響44-46
• 2.5 結(jié)論46-47
• 第三章 圍網(wǎng)性能的動水槽模型試驗47-69
• 3.1 引言47-48
• 3.2 模型試驗設計和測試48-55
• 3.2.1 母型網(wǎng)結(jié)構(gòu)48-49
• 3.2.2 模型準則和模型網(wǎng)49-50
• 3.2.3 試驗設置和流程50-52
• 3.2.4 模型試驗圖像計測方法52-55
• 3.3 結(jié)果55-61
• 3.3.1 水平形態(tài)和包圍面積55-57
• 3.3.2 沉子綱的垂直沉降和形態(tài)57-60
• 3.3.3 網(wǎng)船的運動和絞綱張力60-61
• 3.4 討論61-68
• 3.4.1 圍網(wǎng)的運動變形和基本參數(shù)61-63
• 3.4.2 圍網(wǎng)非定常運動模型準則的探討63-68
• 3.5 結(jié)論68-69
• 第四章 基于集中質(zhì)量法的圍網(wǎng)動力學模擬69-84
• 4.1 圍網(wǎng)數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀69-71
• 4.2 圍網(wǎng)的動力學計算模型71-77
• 4.2.1 物理建模建立71
• 4.2.2 節(jié)點矩陣構(gòu)造71-72
• 4.2.3 力學分析72-74
• 4.2.4 動力學方程74-75
• 4.2.5 數(shù)值計算方法75
• 4.2.6 等效網(wǎng)法則75-77
• 4.3 圍網(wǎng)運動可視化77-84
• 4.3.1 運動及形變77-80
• 4.3.2 載荷分布80-81
• 4.3.3 水流對形態(tài)的影響81-84
• 第五章 數(shù)值模擬結(jié)果的驗證84-94
• 5.1 基于實測的網(wǎng)具沉降標準化84-87
• 5.1.1 數(shù)據(jù)測試方法84-85
• 5.1.2 多元回歸分析85-86
• 5.1.3 網(wǎng)具沉降的標準化模型86-87
• 5.2 網(wǎng)具沉降深度的驗證87-88
• 5.3 網(wǎng)具形態(tài)的驗證88-93
• 5.4 討論93-94
• 第六章 基于數(shù)值模擬的網(wǎng)具沉降性能的分析94-98
• 6.1 水流的影響94-95
• 6.2 放網(wǎng)速度95
• 6.3 縮結(jié)系數(shù)95-96
• 6.4 網(wǎng)目大小96-98
• 總結(jié)與展望98-100
• 參考文獻100-109
• 附錄109-114
• 博士期間的科研活動114-116
• 致謝116-117

  本文關鍵詞：基于數(shù)值模擬的金槍魚圍網(wǎng)性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：388222