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

【摘要】：海洋是人類的資源寶庫(kù),海洋漁業(yè)為人類的生存和發(fā)展提供了豐富的營(yíng)養(yǎng),是人類重要的食物來(lái)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(duì)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(shè)計(jì)、優(yōu)化是海洋漁業(yè)研究中的熱點(diǎn)。拖網(wǎng)網(wǎng)具在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)受水流作用而表現(xiàn)出極大的柔性變形,此變形也會(huì)改變網(wǎng)具所受的水動(dòng)力,因此普遍認(rèn)為拖網(wǎng)網(wǎng)具在水中的運(yùn)動(dòng)是一種水彈性力學(xué)行為。拖網(wǎng)網(wǎng)具水彈性力學(xué)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(xué)特性的分析手段主要有三種:實(shí)物海試,模型試驗(yàn)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(diǎn),在拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化中起到越來(lái)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(diǎn)就是其計(jì)算效率極低,一頂網(wǎng)具進(jìn)行一次數(shù)值試驗(yàn)往往需要運(yùn)算數(shù)天時(shí)間,嚴(yán)重限制了數(shù)值模擬技術(shù)在網(wǎng)具水彈性力學(xué)特性分析以及設(shè)計(jì)、優(yōu)化方面的應(yīng)用。其次,由于其計(jì)算效率低,間接的限制了拖網(wǎng)網(wǎng)具數(shù)值模型向更復(fù)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(xué)模型所存在的上述問(wèn)題,并進(jìn)一步提高系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性,本文針對(duì)大型拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)水彈性力學(xué)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。基于所建立的網(wǎng)具模型以及數(shù)值求解方法,推導(dǎo)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(jì)算效率的優(yōu)化方法。通過(guò)優(yōu)化,可以提高拖網(wǎng)模型的計(jì)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(guò)2%。之后,本文使用流固耦合的方法進(jìn)一步研究了拖網(wǎng)網(wǎng)具的水彈性力學(xué)特性,并將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)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(chǎng)與網(wǎng)具水動(dòng)力結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值之間的誤差在2%-6%之間,而計(jì)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(xué)分析計(jì)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(shí)也能得到準(zhǔn)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(duì)網(wǎng)板參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。當(dāng)在曳綱長(zhǎng)度在200m-900m范圍內(nèi)變化時(shí),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(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)的方法總結(jié)歸納了拖網(wǎng)網(wǎng)具的負(fù)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(xué)特性的研究方法,闡述了拖網(wǎng)網(wǎng)具系統(tǒng)水彈性力學(xué)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(shuō)明了本課題的主要研究?jī)?nèi)容。第2章主要說(shuō)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(dòng)力計(jì)算公式,推導(dǎo)了代表網(wǎng)具運(yùn)動(dòng)的集中質(zhì)量點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程。比較了網(wǎng)目合并方法對(duì)仿真精度的影響。第3章通過(guò)對(duì)拖網(wǎng)網(wǎng)具數(shù)學(xué)模型計(jì)算發(fā)散的過(guò)程進(jìn)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(guò)將網(wǎng)具模型的數(shù)值求解過(guò)程等效為一個(gè)離散系統(tǒng),推導(dǎo)了網(wǎng)具模型的數(shù)值穩(wěn)定性判據(jù),并據(jù)此進(jìn)一步設(shè)計(jì)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(jì)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(chǎng)使用有限體積法建模。在流場(chǎng)模型和網(wǎng)具模型的基礎(chǔ)上,提出了混合體積法用于將網(wǎng)具離散到流場(chǎng)模型的控制單元中,網(wǎng)具對(duì)流體的阻滯力通過(guò)牛頓第三定律直接將網(wǎng)具水動(dòng)力的反力表示在流場(chǎng)模型RANS方程的源項(xiàng)當(dāng)中。為了驗(yàn)證所建立模型的準(zhǔn)確性,本章將仿真得到的網(wǎng)具水動(dòng)力和流場(chǎng)分布結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)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(duì)網(wǎng)板模型的幾何參數(shù)以及參考坐標(biāo)系進(jìn)行了定義,在此基礎(chǔ)上給出了拖網(wǎng)網(wǎng)板工作角度與水動(dòng)力系數(shù)的計(jì)算公式,并推導(dǎo)了網(wǎng)板的運(yùn)動(dòng)方程。文中網(wǎng)板的水動(dòng)力系數(shù)表示為網(wǎng)板工作角度的函數(shù),并通過(guò)最優(yōu)化算法辨識(shí)了網(wǎng)板的水動(dòng)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(duì)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(jìn)行了 600組數(shù)值試驗(yàn)。使用數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)曲線擬合的方法,總結(jié)歸納了拖網(wǎng)網(wǎng)具的負(fù)載特性。最后,將網(wǎng)具負(fù)載特性函數(shù)計(jì)算出的曳綱張力與網(wǎng)具物理模型計(jì)算出曳綱張力進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了本文網(wǎng)具負(fù)載特性函數(shù)歸納方法的可行性。第7章對(duì)本論文的研究工作進(jìn)行了概述,提出了本論文的主要結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn),并展望了下一步的研究方向和研究?jī)?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(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S972.13

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2026949