离岸重力式网箱内外流场分布与结构响应特性研究

Development of offshore fishing net cage farming is a long-term strategy of the food guarantee and food safety in China, which is also the only way for the development of the fishery. At present, basic theory study of offshore fishing net cage facilities and engineering technology is weak in China. That has become the main important bottleneck of deep sea breeding development. In this project, the theory analysis, the physical model experiment and numerical simulation are applied as the study tools. System decomposition (fishing net and floating collar) research is firstly conducted, and then the hydrodynamics of whole net cage is investigated. Around the core scientific problem “flow field and structure response of gravity fishing cage”,three parts of works are included in the project : 1) three dimensional distribution of flow field around fishing net; 2) elastic deformation of floating collar in waves; 3) structure nonlinear response of net cage. Through the project research, the research works eventually will form the theoretical analysis model, computer aided design system, safety evaluation system and the corresponding software.

发展离岸网箱养殖是保障我国粮食和食品安全的长远战略，是缓解近海养殖环境胁迫力、拓展食物生产空间的必然选择。目前我国离岸网箱养殖设施与工程技术的基础理论研究薄弱，已成为制约海上离岸网箱养殖业发展的重要瓶颈。本项目通过理论分析、物理 模型实验与数值模拟相结合的途径,采用系统分解(浮架和网衣)研究而后组合研究的方式, 围绕“离岸重力式网箱流场分布与结构响应特性”这个核心科学问题，从 1)水流作用下柔性网衣周围三维流场分布; 2)波浪作用下浮架结构弹性变形响应; 3)波流作用下网箱非线性结构耦合动力响应，三个方面开展系统的研究工作。以期通过本课题的成功完成，在课题组前期研究的基础上，构建完善的网箱周围流场与结构动力响应特性理论分析体系和数值模拟系统。

发展深水网箱养殖是保障我国粮食和食品安全的长远战略，是缓解近海养殖环境胁迫力、拓展食物生产空间的必然选择。目前我国深水网箱养殖设施与工程技术的基础理论研究薄弱，已成为制约海上网箱养殖业发展的重要瓶颈。本项目通过理论分析、物理 模型实验与数值模拟相结合的途径,采用系统分解(浮架和网衣)研究而后组合研究的方式, 围绕“离岸重力式网箱流场分布与结构响应特性”这个核心科学问题，从 1)水流作用下柔性网衣周围三维流场分布; 2)波浪作用下浮架结构弹性变形响应; 3)波流作用下网箱非线性结构耦合动力响应，三个方面开展系统的研究工作。. 主要研究结果如下：1）针对柔性网衣周围流场的流固耦合模拟问题，建立了模拟水流作用下柔性网衣周围流场的流固耦合数值模型，系统地研究了不同透空率的柔性网衣的受力、运动变形及其周围流场特性，揭示了网衣透空率与减流装备受力及减流效应的变化规律。2）利用有限单元法和集中质量法，对随机波浪作用下网箱浮架结构进行数值模拟，获得了浮架结构的运动响应和应力分布。分析了波浪作用下不同波高，不同波周期以及台风浮架结构变形和应力分布，获得了波浪作用下浮架的应力历时曲线。3）通过建立复合锚泊系统的锚链非线性有限元接触模型，得到锚链在均匀腐蚀作用下的破断强度。结合单个网箱的锚链在随机波浪下的受力分析，计算了锚链在海底均匀腐蚀环境下的可靠度，并对比了多个网箱的可靠度。该有限元模型适合于计算均匀腐蚀下的破断强度。研究成果可为腐蚀环境下基于可靠度理论的锚泊系统的结构设计和优化提供理论依据。. 共发表学术论文28篇，其中在SCI期刊上发表学术论文26篇，国际会议7篇。获授权国家专利5项。2016年，项目“离岸养殖新型结构关键技术研究及应用”获教育部科技进步一等奖；项目“离岸抗风浪网箱水动力特性与安全评估关键技术研究及应用”获辽宁省科技进步二等奖。项目培养博士毕业生1名，硕士毕业生13名。1名博士毕业生获得辽宁省优秀博士学位论文奖。