人工鱼礁是指由一个或多个人造或自然构筑物组成,有计划、有目的地投放于特定海域,用于改善海域生物资源环境,是海洋牧场工程建设不可或缺的部分。类似于其他海洋构筑物,人工鱼礁受海域水文环境影响,鱼礁周围流场效应与礁体固有水动力学性能密切相关。目前关于人工鱼礁的研究主要涉及生物和非生物因子、生产力、动植物区系时空变化、三大效益、选址及布局、休闲渔业、增殖资源等角度进行研究。随着计算流体动力学(CFD)的日益发展与应用,它逐渐用于探究人工鱼礁周围的非定常、不稳定钝体绕流问题,以找到该类问题的数值解。本论文主要以2种不同类型镂空人工鱼礁为研究对象,基于CFD理论及Fluent软件,运用三维湍流模拟技术对鱼礁的流场效应进行了数值模拟,得到了鱼礁水平断面及垂直断面的流场(流速)分布情况,揭示了人工鱼礁内部及周围的流场结构;并将数值结果与经典鱼礁数值实验及模型试验结果进行对比分析,结果具有较好的吻合性。首先,应用Fluent软件对单体中空结构梯形台鱼礁和中空结构方型鱼礁在非定常流作用下的三维流场进行了数值模拟试验,得出:梯形台鱼礁和方型鱼礁上升流区最大高度为礁高的2.12~2.22倍,上升流区最大速度约为来流速度的0.58~0.67倍,上升流区平均速度约为来流速度的0.17~0.19倍;梯形台鱼礁和方型鱼礁背涡流区最大长度为礁高的5.28~9.04倍,背涡流区最大宽度为礁宽的1.40~1.75倍,背涡流区平均速度约为来流速度的0.35~0.36倍。其次,数值模拟了非定常流作用下不同类型多鱼礁组合的三维流场,得出:梯形台鱼礁形成的上升流规模比方型鱼礁形成的上升流规模要小,且上升流强度梯形鱼礁要小于方型鱼礁;梯形台鱼礁形成的背涡流规模比方型鱼礁形成的背涡流规模要小,且梯形台鱼礁背涡流平均流速大于方型鱼礁背涡流平均流速。从流场调控效果来看,在相同模拟工况下,选择中空结构方型鱼礁比梯形台鱼礁能够更好地发挥鱼礁的环境资源修复功能。再次,运用大涡模拟紊流模式研究了非定常流作用下中空结构梯形台鱼礁和中空结构方型鱼礁在不同布设间距下的流场分布情况,得出:在一定布设间距范围内,两类礁体迎流面产生的上升流规模和强度随布设间距的增加先增后减,在布设间距L=5m时,两类鱼礁产生的上升流的规模和强度都达到最大值;随着布设间距的增大,背涡流长度、宽度均呈增大趋势,当礁体间距增加到L=7m时,其背涡流影响面积达到最大,但其涡流强度较布设间距L=5m时有所减弱。当布设间距L=5m时鱼礁能发挥最佳的流场调控作用,且方型鱼礁比梯形台鱼礁能够实现更好的生态调控作用,进一步佐证了之前的研究。然后,根据2012~2013年对霞浦人工鱼礁海域调查所获得的实验数据及对礁区投放的三类不同结构单位鱼礁组合三维流场的数值模拟,估算了诸营养盐垂直输送通量,得出:梯形台鱼礁区PO43--P、NO3--N、Si O32--Si的平均垂直通量分别为241.6mg/(m2?d)、1257.7 mg/(m2?d)、4445.8 mg/(m2?d);方型鱼礁区PO43--P、NO3--N、Si O32--Si的平均垂直通量分别为438.3 mg/(m2?d)、2212.5 mg/(m2?d)、7288.3 mg/(m2?d);船礁区PO43--P、NO3--N、Si O32--Si的平均垂直通量分别为392.4 mg/(m2?d)、2275.6mg/(m2?d)、7148.9 mg/(m2?d)。方型鱼礁营养盐输送通量最大,估算结果与之前得出的流场效应结果相吻合。