波流作用下卧式圆柱体海洋养殖网箱水动力特性数值模拟

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuhu1314518
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网箱是目前世界上大部分海洋养殖的主要设施。近年来,随着海洋资源的不断开发,网箱养殖规模迅速扩大,对于适用于不同条件下的新型养殖网箱的研发也越来越受到人们的关注。由于传统网箱长时间浸泡在海水中,网箱结构上易附着海洋生物,对网箱结构的安全造成威胁。而新型的笼体可旋转的卧式圆柱体网箱可以通过波流作用来旋转笼体从而达到一定的自清洁作用。因此有必要对可旋转的卧式圆柱体网箱的水动力响应展开研究。本文基于ANSYS计算平台,建立了新型网箱水动力计算有限元模型。对结构在波流作用下水动力响应进行了数值模拟,研究了在不同水深、不同网箱长径比下网箱的水动力响应,并讨论了网箱旋转和网衣张紧情况下网箱笼体对侧面支架所传导的作用力。首先,对于不同波高和周期。网箱的应变、加速度、支反力和位移响应结果均随着波高的增大而增大。但随周期的变化不太明显。结构的加速度响应随着高程的减小呈现先减小再增大的趋势,而结构的位移响应随高程的增加而增加。在沿Y轴方向,结构的加速度和位移响应均从网箱结构两段向网箱中部逐渐增大。而应变响应则相反,从网箱结构两段向网箱中部逐渐减小。其次,对于不同水深下的结构水动力响应,结构各个测点的加速度响应、支反力和弯矩响应均随着水深的增加而增大。而位移响应峰值大多分布在设计低水位和设计高水位。对于应变响应,其峰值大部分随着水位的增加而减小,在极端低水位时,结构的应变最大;对于不同网箱长径比下的结构水动力响应。网箱两端位置的加速度响应峰值随着网箱长径比的增加先增大再减小,在网箱长径比为40,即网箱长度为80m时达到最大,其他位置的加速度响应均随着网箱长径比的增大而减小,在网箱长径比为30,即网箱长度为60m时达到最大。结构的位移响应、应变响应、支反力和弯矩响应均随着网箱长径比的增大而增大。最后,当网箱转动时,结构的水动力响应均比网箱固定时的水动力响应要大,并且网箱在转动时其向网箱侧面支架传递的力和弯矩也比网箱固定时要大;当网衣松弛布置时,结构主轴上的加速度响应小于网衣张紧布置时的加速度响应。但是两种工况下对结构侧面支架传递的力和弯矩基本一样;在不同波浪入射角下,结构的谁水动力响应均随着波浪入射角的增大而减小,当波浪入射角为0度时,结构的各种水动力响应都最大,这与网箱细长的结构有关,说明0°方向是对与结构最不利的波浪入射角度。
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