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

【摘要】：現(xiàn)代金槍魚圍網由多種不同網目尺寸的網片組成,形成一張巨大的帶狀結構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,最終網具形成碗狀的形態(tài),魚群被包圍扣押而不能逃逸。圍網捕撈的效率與網具的空間形態(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構、海況環(huán)境和捕撈操作等因素。圍網的設計與優(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量法的數(shù)值模擬方法,建立圍網網具三維幾何模型并模擬圍網包圍和收絞過程中網具的空間運動和形態(tài),最終實現(xiàn)模擬結果的可視化,通過對圍網實物網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驗參數(shù);利用模型試驗和海上實測從網具運動、變形、綱索受力等方面開展圍網性能的基礎研究,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,研究結果如下:(1)為了精確地實現(xiàn)圍網數(shù)值模擬的可視化,需要獲得實物網片的水動力學參數(shù)。本文針對四股編結(Ultra Cross)無節(jié)網片和無節(jié)捻線網片進行了動水槽試驗,測試了網片垂直于來流時的阻力系數(shù)。UC網片的法向阻力系數(shù)表達為雷諾數(shù)和占空率的函數(shù),且材料光滑度和結構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;網片平行于水流時,網片迎流處的網線對背流向的網線產生最大的陰影效應,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具運動和受力的基礎參數(shù),利用模型試驗對圍網的變形、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。結果發(fā)現(xiàn),與在靜水條件下放網下的沉子綱呈現(xiàn)的正常的水滴形狀相比,采用側流放網(cross set)的方式放網會形成扭曲形狀,采用順流放網(front set)則會更加近似圓形,而背流放網(back set)使形狀有些拉長和擠扁。順流放網(front set)通過減小網圈的收縮率在保持最大網圈面積上具有優(yōu)勢,浮子綱和沉子綱構成的面積最大。沉子綱中部在不同放網方式下的沉降曲線可分為平直、內曲和外曲三種形式。從沉降形態(tài)方面來講,背流放網(back set)可能是一個有利的放網策略。從漁船的運動角度來考慮,在流體作用力下,網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圈內部,背流放網(back set)時沿水流方向的移動距離最大。順流放網(front set)下由于網船的移動導致網船向網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)基于集中質量法的方法對圍網建模。物理模型中,目腳之間的節(jié)點看做為集中質量點,目腳(圓柱體)的質量和受力被平均分配到相連的兩個質點上,質點之間通過彈簧結構連接并提供張力,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)水動力和質量恒定法則確定等效網的網線直徑和材料密度補償,模擬結果實現(xiàn)放網和收絞過程的可視化,網具的受力分布顯示收絞之前網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,利用圍網模型試驗驗證數(shù)值模擬中網具的三維形態(tài),模擬結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)值模擬中通過調整參數(shù)以完成網具的虛擬設計,以此測試不同參數(shù)下網具的性能:不同形態(tài)水流下的放網操作下,沉子綱沉降形態(tài)有差異;放網速度對沉降的影響為速度越快,沉降深度越大;網衣縮結系數(shù)對沉降性能的影響為縮結系數(shù)越小,沉降深度越大;網目尺寸放大有利于網具的沉降。
【關鍵詞】：金槍魚圍網 水動力系數(shù) 模型試驗 數(shù)值模擬 網具性能
【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 金槍魚圍網概述16-29
• 1.1 金槍魚圍網網具結構16-19
• 1.1.1 金槍魚圍網的尺度和基本構造16-17
• 1.1.2 金槍魚圍網網片材料的選擇17-18
• 1.1.3 兩種典型的金槍魚圍網網具及其比較18-19
• 1.2 金槍魚圍網的操作技術19-20
• 1.3 金槍魚圍網網具的性能20-21
• 1.4 網具性能的研究方法和進展21-29
• 1.4.1 實物網海上試驗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 網片水動力系數(shù)水槽試驗設計32-36
• 2.3.1 試驗網片參數(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 網片平行水流的阻力系數(shù)37-39
• 2.4.3 網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 結論46-47
• 第三章 圍網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 母型網結構48-49
• 3.2.2 模型準則和模型網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 網船的運動和絞綱張力60-61
• 3.4 討論61-68
• 3.4.1 圍網的運動變形和基本參數(shù)61-63
• 3.4.2 圍網非定常運動模型準則的探討63-68
• 3.5 結論68-69
• 第四章 基于集中質量法的圍網動力學模擬69-84
• 4.1 圍網數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀69-71
• 4.2 圍網的動力學計算模型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 等效網法則75-77
• 4.3 圍網運動可視化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)值模擬結果的驗證84-94
• 5.1 基于實測的網具沉降標準化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 網具沉降的標準化模型86-87
• 5.2 網具沉降深度的驗證87-88
• 5.3 網具形態(tài)的驗證88-93
• 5.4 討論93-94
• 第六章 基于數(shù)值模擬的網具沉降性能的分析94-98
• 6.1 水流的影響94-95
• 6.2 放網速度95
• 6.3 縮結系數(shù)95-96
• 6.4 網目大小96-98
• 總結與展望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