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1.
基于大涡模拟与被动示踪物模型的人工鱼礁数值研究 总被引：1，自引：0，他引：1
投放人工鱼礁是解决海洋生态环境问题的重要措施之一。通过使用并行大涡模拟模式（the parallelizeda large-eddy simulation model,PALM）及被动示踪物模型模块,研究了不同流速条件（0.1,0.2,0.4和0.6 m/s）下方型人工鱼礁对流场形态、营养盐的抬升作用、和湍流动能收支的影响。研究表明,鱼礁的存在使得其附近垂向速度增大,产生上升流。受到上升流的抬升作用,鱼礁底部的示踪物迅速进入海洋上层,之后遇到鱼礁后方的背涡流,示踪物的抬升受阻,高度逐渐降低。在上升流区域以及背涡流区域的共同影响下,示踪物抬升区域的最大高度与来流流速无关。不同上升流定义对应的上升流区域的高度与来流流速均不相关;上升流区域的最大速度、平均速度与来流流速都成线性增加的关系;然而随着来流流速的增大,不同上升流定义对应的上升流区域面积的变化趋势却完全不同。投放鱼礁后,鱼礁区域底部的混合增强,区域底部的能量被输运至上层。这说明,鱼礁的存在不仅对营养物质具有抬升作用,还能将能量向上输运。 相似文献
2.
《中国海洋大学学报(自然科学版)》2016,(9)
本文采用RNG K-ε湍流模型和SIMPLEC数值模拟方法,分析了不同雷诺数条件下,布设间距和摆放方式对三圆管型人工鱼礁流场效应的影响。研究显示:采用FLUENT软件模拟,雷诺数能较好地反应人工鱼礁上升流和背涡流的分布情况,上升流的规模和强度随雷诺数的增大而增加,背涡流随雷诺数变化的趋势不明显。三圆管型人工鱼礁横向组合方式下,2个单位礁布设间距等于礁体尺寸时,获得的上升流和背涡流的规模和强度最大;纵向组合方式下,2个单位礁布设间距为礁体尺寸的1.5~2.0倍时,获得的上升流和背涡流的规模和强度最大。在不同实验流速和波况下三圆管型人工鱼礁的抗滑移系数、抗翻滚系数均大于1。研究结果表明,数值模拟能够较好地反应布设间距对礁体周围流场效应的影响,可为人工鱼礁的实际投放提供理论参考。 相似文献
3.
4.
正方体人工鱼礁流场效应试验研究 总被引：4，自引：0，他引：4
采用无干扰的粒子图像测速技术(PIV),针对中空型正方体人工鱼礁,选取3个不同的来流速度6.7 cm/s、11.0 cm/s和18.0 cm/s,研究了该模型单体(90°和45°)和组合(平行和垂直)工况时的流场效应。结果显示,单体90°迎流时上升流的规模和强度大于45°迎流,但产生的缓流区和背涡流的规模远小于45°工况。横向组合中单个鱼礁模型产生的流场效应较强于单体工况。纵向组合中,第一个迎流鱼礁在不同间距时内部流速分布和单体时较为相似,间距为1.0L时流速大小与单体最为接近。第二个迎流鱼礁内部基本上未出现回流区域,水平流速较单体时明显减小,但随着间距的增加流速值不断增大。 相似文献
5.
布设间距对人工鱼礁流场效应影响的数值模拟 总被引：10，自引：0，他引：10
人工鱼礁在海中不同的布局方式会产生不同的流场效应.通过水槽与风洞模型实验很难对组合鱼礁流场全局进行观测,为此提出1种基于CFD原理的人工鱼礁流场特性的计算机数值模拟方法,模拟了不同流速条件下布设间距对方形组合礁体流场效应的影响.结果表明:数值模拟较好地反映了人工鱼礁周围上升流和背涡流的分布情况;当两礁体布设间距为1.5倍礁体尺寸时,所产生的上升流高度达到最大值;当布设间距为1倍/时,其上升流的影响面积为最大;当布设间距为1.5倍时所产生的背涡流效果最好;两礁体之间的最佳布设间距应为礁体尺寸的1～1.5倍.数值模拟结果与风洞实验结果基本相符,该结论可为人工鱼礁实际投放提供理论参考. 相似文献
6.
为研究空心梯形台人工鱼礁体布设间距的变化对其水动力特性的影响,通过物模实验实测了开口比为0.1的梯形台人工鱼礁体在平行水流方向布设间距为1.0L、2.0L、3.0L(L为礁体的底边边长),前后共6个测点的流速及礁体受力。分析得到了双礁体的上升流规模、阻力系数在平行和垂直水流方向随布设间距变化的规律。采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法模拟了双礁体分别在垂直水流方向布设间距为0.5L、1.0L、1.5L、2.0L,平行水流方向布设间距为0.5L、1.0L、2.0L、3.0L、4.0L时的水动力场。结果表明:本研究数模与物模相同工况下,即双礁体在平行水流方向布设间距1.0L、2.0L、3.0L时,数值模拟的流速值和阻力值与相应的实验结果吻合较好,说明数值模拟方法可行,结果可靠。数值模拟结果得到双礁体的上升流规模、阻力系数均与垂直水流方向布设间距成反比。当垂直水流方向布设间距为0.5L时,流场效应最佳;双礁体的上升流规模随平行水流方向布设间距成正比,前方礁体阻力系数变化幅度较小,后方礁体阻力系数逐渐增大;当平行水流方向布设间距为4.0L时,流场效应最佳。本文研究结果可为单位鱼礁布局设计和参数确定提供参考。 相似文献
7.
为研究方型人工鱼礁体水动力特性受礁体布设间距变化的影响,通过物模实验实测了开口比为0.3的方形开口双礁体在布设间距为1.0L、2.0L时周围特征点的流速及礁体受力,并利用Fluent软件模拟了双礁体在布设间距为0.5L、1.0L、2.0L、4.0L时的水动力场,通过分析得到了礁体上升流特性参数、阻力系数随布设间距的变化情况。研究结果表明:数值模拟结果与实验结果吻合较好,本文数值模拟方法是可行的;模拟工况下,随着布设间距的增加,双礁体产生的上升流区体积逐渐减小,阻力系数逐渐增大,流场效应较好的布设间距为0.5L、1.0L、2.0L。研究结果可为礁区布局方案的确定提供参考。 相似文献
8.
《中国海洋大学学报(自然科学版)》2016,(8)
应用CFD软件FLUENT开展了圆台型人工鱼礁单体流场效应的数值计算,对比分析了圆台型人工鱼礁与金字塔型、三棱柱型、方型人工鱼礁的上升流最大高度、最大速度、平均速度等参数,讨论了圆台型礁的背涡区尺寸和流态。研究显示,圆台型礁的上升流最大高度可达礁体高度的2.14~2.17倍,上升流最大速度可达来流速度的0.76倍,上升流平均速度可达来流速度的0.125倍;背涡区长度约为礁体高度的2.3倍。研究结果表明,圆台型人工鱼礁流场流态的大部分指标优于其它4种常见礁型的流场流态,且背涡区漩涡多变、流态复杂,具有较好的应用前景。 相似文献
9.
三种叠放形式的圆管型人工鱼礁流场效应数值模拟与PIV试验研究 总被引：6，自引：0，他引：6
人工鱼礁单体按不同的数量和排列方式组合投放会产生不同的流场效应。圆管型礁为目前黄渤海区增殖礁的重要礁体型式,为优化该礁体的投放数量与排列方式,选择了3种不同叠放个数(1个、3个和6个)的圆管礁,设定了5个流速梯度(4.5、9.0、13.5、18.0和22.5cm/s),利用PIV粒子图像测速技术和Fluent数值模拟软件对圆管型人工鱼礁的流场进行水槽模型试验和数值模拟。结果表明,数值模拟结果与水槽试验结果基本吻合,误差在20%以下,表明数值模拟能够反映人工鱼礁的流场效应;当礁体叠放个数一定时,最大上升流流速、上升流高度和上升流面积均随来流速度的增加而增大,背涡流面积呈现不规则的变化;当来流速度一定时,最大上升流流速、上升流面积、上升流高度和背涡流面积均随礁体叠放个数的增加而增大。 相似文献
10.
根据2012年—2013年对霞浦人工鱼礁海域调查所获得的实验数据,应用CFD软件,对礁区投放的三类不同结构单位的鱼礁组合在非定常流作用下的三维流场进行了数值模拟试验,分析了各鱼礁组合之间的流场差异,并估算了诸营养盐垂直输送通量。研究表明:三种鱼礁迎流面上升流最大高度为礁高的2.27~3.73倍,上升流最大速度与来流速度之比为0.40~0.72,上升流平均速度与来流速度之比为0.10~0.17;计算域内单位鱼礁组合上升流平均速度为10–2 cm/s量级,三种单位鱼礁组合区域营养盐垂直通量大小关系为:方型鱼礁船礁梯形台鱼礁,方型鱼礁区4PO??-P、3NO?-N、3Si O??-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),鱼礁投放会改善该海域的水动力环境,形成典型的上升流区,海域初级生产力得以明显提升。 相似文献
11.
刺参对人工礁体设计关键指标的选择性 总被引：1，自引：0，他引：1
采用平均聚集率(Mean Attractive Rate,MAR)作为统计分析指标,研究了仿刺参(Apostichopusjaponicas Selenka)对人工礁体结构设计关键指标(孔径、间隙、颜色、夹角)的选择性及其行为特性。结果表明:(1)随着实验时间延长,仿刺参在礁体模型上的聚集数量呈上升趋势;(2)礁体模型在自然光照条件下的聚参效果优于黑暗条件下的聚参效果(P<0.05);(3)孔径组各水平间聚参效果比较:2 cm>4 cm、16 cm>8 cm(P<0.05),4 cm与16 cm间差异不显著;间隙组各水平间聚参效果比较:2 cm>4 cm>6 cm>8 cm(P<0.05);颜色组各水平间聚参效果比较:黑色、蓝色、红色>绿色>白色>透明(P<0.05),黑色、蓝色、红色间差异不显著;夹角组各水平间聚参效果比较:15°>30°>45°、60°>90°、120°(P<0.05),45°与60°差异不显著,90°与120°差异不显著。说明仿刺参适应礁体模型需要一定时间,呈负趋光性。10 g至30 g的仿刺参,对设计指标为2 cm孔径、2 cm间距、深色、15°夹角的人工礁体,具有较好地选择性。 相似文献
12.
Flow characteristics of the hull wake behind a container ship model were investigated under different loading conditions (design and ballast loadings) by employing the particle image velocimetry (PIV) technique. Measurements were made at four transverse locations and two longitudinal planes for three Reynolds numbers (Re) (=U0Lpp/ν, where U0 is the freestream velocity, Lpp is the length between two perpendiculars of the ship model and ν is the kinematic viscosity) of 5.08×105, 7.60×105, and 1.01×106. It was observed that symmetric, large-scale, longitudinal counter-rotating vortices (with respect to centerline) of nearly the same strength were formed in the near wake. For the ballast-loading condition, the vortices appear at propeller plane below the propeller-boss. The vortex center exhibits a significant upward shift near the propeller-boss as the Reynolds number increase, and as the flow moves downstream. Under the design-loading condition, the vortices first appear at a further downstream location than that for the ballast-loading condition above the propeller-boss. This difference in the flow structure can significantly change the inflow conditions to the propeller blades, such as the streamwise mean velocity profiles and turbulence intensity distributions at the propeller plane. In particular, under the ballast-loading condition, asymmetric inflow may weaken the propulsion and cavitation performance of the marine propeller. 相似文献
13.
象山港人工鱼礁投放对大型底栖动物群落结构的影响 总被引：4，自引：2，他引：2
为探明人工鱼礁生境中底栖生物群落结构的组成情况,评估人工鱼礁投放的生态修复效果,根据2006—2007年4季象山港全港区以及2010年4季人工鱼礁区和邻近区的调查资料,对比分析了3个不同区域大型底栖动物群落的差异。共鉴定出大型底栖动物116种,其中多毛类46种,软体动物35种,甲壳类18种,棘皮动物6种,其他类11种,各区域大型底栖动物的主要类群均为多毛类和软体动物。大型底栖动物密度、Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数表现为邻近区鱼礁区全港区,生物量为鱼礁区邻近区全港区。双因子方差分析结果表明:区域间,大型底栖动物种类数、密度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数均存在显著性差异,生物量无显著性差异;季节间,大型底栖动物种类数和密度存在显著性差异,其余参数均无显著性差异。非度量多维尺度排序分析结果显示,鱼礁区和邻近区的大型底栖动物群落相似度较高,而与全港区的相似度较低。相似性百分比进一步揭示,鱼礁区和邻近区大型底栖动物群落间的平均非相似性为77.19%,不倒翁虫(Sternaspis scutata)为造成群落间差异的重要贡献物种;鱼礁区和全港区群落间的平均非相似性高达91.34%,不倒翁虫、薄云母蛤(Yoldia similis)、纵肋织纹螺(Nassarius variciferus)和洼颚倍棘蛇尾(Amphioplus depressus)为重要贡献物种;邻近区和全港区大型底栖动物群落间的平均非相似性也高达91.47%,不倒翁虫、薄片镜蛤(Dosinia laminata)和薄云母蛤为重要贡献物种。双因素相似性分析结果表明,人工鱼礁区、邻近区和全港区大型底栖动物群落季节间存在显著性差异,但区域间无显著性差异。不同区域两两间检验结果表明,人工鱼礁区和全港区的大型底栖动物群落存在显著性差异,人工鱼礁区和邻近区以及邻近区和全港区均无显著性差异。研究结果表明,象山港白石山群岛海域人工鱼礁的投放对大型底栖动物群落结构影响显著,但影响范围局限于人工鱼礁区附近。 相似文献
14.
针对舟山群岛的海洋环境和渔业资源等情况,设计了一种正六棱柱式人工鱼礁用于改善当地的海洋生态和渔业资源。选用反映鱼礁通透性的ε值和反映鱼礁附着能力的η值两个参数对人工鱼礁的结构进行评价,通过比较发现所设计的正六棱柱式人工鱼礁在具有良好通透性的情况下还能够为海洋生物提供更大的附着面积,满足设计需求。使用Fluent软件对鱼礁进行CFD仿真,发现鱼礁迎流面前部上升流的最大高度随来流速度的增加而增加,鱼礁后方背涡流的长度约为鱼礁高度的9.3~9.6倍,表明其具有很好的水动力特性。为进一步验证鱼礁的水动力学性能,在相同尺寸、相同水域环境下对鱼礁模型设计了水槽实验,与仿真结果相互验证,证明了正六棱柱式人工鱼礁水动力性能的有效性。最后采用实地调查的方法对正六棱柱式鱼礁礁区与箱形鱼礁礁区进行建设效果的对比评价,发现两种鱼礁均能对各自所处的海洋环境起到增殖作用,正六棱柱人工礁区的平均生物密度大于对比礁区的生物密度,证明了其良好的水动力特性对增殖效果的有效性。 相似文献
15.
Nicholas Williamson Atsuki Komiya Shigenao Maruyama Masud Behnia Steve W. Armfield 《Journal of Oceanography》2009,65(3):349-359
The transport of nutrient-rich, deep sea water from an artificial upwelling pipe has been simulated. A numerical model has
been built within a commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) package. The model considers the flow of the deep sea water
after it is ejected from the pipe outlet in a negatively buoyant plume (densimetric Froude number = −2.6), within a stably
stratified ocean environment subject to strong ocean current cross flow. Two cross-flow profiles were tested with momentum
flux ratios equal to 0.92 and 3.7. The standard k-ε turbulence model has been employed and a range of turbulent Schmidt and Prandtl numbers tested. In all cases the results
show that the rapid diffusion of heat and salinity at the pipe outlet causes the plume to attain neutral buoyancy very rapidly,
preventing strong fountain-like behavior. At the higher momentum flux ratio fountain-like behavior is more pronounced close
to the pipe outlet. The strong cross-current makes horizontal advection the dominant transport process downstream. The nutrient
plume trajectory remains largely within one relatively thin stratified layer, making any ocean cross-flow profile less important.
Very little unsteady behavior was observed. The results show that the nutrient is reduced to less than 2% of its inlet concentration
10 meters downstream of the inlet and this result is largely independent of turbulent Prandtl or Schmidt number. Initial results
would suggest that if such an artificial upwelling were to be viable for an ocean farming project, a large number of upwelling
pipes would be necessary. Further work will have to determine the minimum nutrient concentration required to sustain a viable
phytoplankton population and the required spacing between upwelling pipes. 相似文献