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文檔簡介
1、網(wǎng)漁具和網(wǎng)箱是海洋漁業(yè)生產(chǎn)(海洋捕撈和海水養(yǎng)殖)的重要工具和設(shè)施,網(wǎng)衣是它們的主要構(gòu)件。與其他海洋結(jié)構(gòu)物一樣,網(wǎng)衣及其構(gòu)成的漁具和漁業(yè)設(shè)施在海洋中要承受風(fēng)、浪、流等水文環(huán)境因子的作用,其生產(chǎn)效能和安全性能與所承受的水動力相關(guān)。水流作用的水動力研究可借鑒傳統(tǒng)的漁具力學(xué)理論,而與波浪作用的研究未受到足夠重視,引起波浪對水表層網(wǎng)漁具和海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖設(shè)施等的作用超出了承受限度,帶來了一系列的生產(chǎn)損失,削弱了海洋漁業(yè)向縱深發(fā)展的動力,也制約了漁具力
2、學(xué)的進一步發(fā)展。 本研究是在依據(jù)波浪理論和漁具力學(xué)理論的分析基礎(chǔ)上,利用現(xiàn)代設(shè)備與技術(shù),設(shè)計了網(wǎng)衣波浪水動力的水槽試驗,研究了網(wǎng)衣在波浪中的水動力特性和波浪響應(yīng),計算得到了網(wǎng)衣波浪力的計算公式和處理方法,同時與實際漁用網(wǎng)衣的波浪試驗進行對比分析,提出傳統(tǒng)的漁具力學(xué)在網(wǎng)衣波浪力計算中的修正方法,并在小尺度網(wǎng)箱波浪力學(xué)中計算應(yīng)用和實驗論證,由此可推廣到實際網(wǎng)箱及網(wǎng)漁具的波浪水動力計算應(yīng)用,為遠洋漁業(yè)和設(shè)施漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)依據(jù),
3、為漁具力學(xué)的發(fā)展提供基礎(chǔ)理論。 在理論上,本文結(jié)合傳統(tǒng)的漁具力學(xué)和海洋工程波浪力學(xué)理論,提出了網(wǎng)衣波浪力學(xué)的概念、成因和組成。按因次和諧方法,導(dǎo)出了網(wǎng)衣波浪力的一般公式,分析了與網(wǎng)衣波浪力的相關(guān)物理量,它們分別為網(wǎng)衣的主體尺寸(寬度和高度)、特征參數(shù)(網(wǎng)線粗度、網(wǎng)目大小和縮結(jié)裝配),波浪參數(shù)(波高、波長和周期)及海域條件(水深、網(wǎng)衣與波向的沖角及系泊方法)。各種物理量在波浪中共同作用,形成網(wǎng)衣在波浪中的一些相似現(xiàn)象。同時網(wǎng)衣在波
4、浪中有六種運動趨勢:沿波向、側(cè)向和垂向的振蕩移動及繞這三個方向的振蕩轉(zhuǎn)動,形成復(fù)雜的迭加運動。 在網(wǎng)衣水槽的波浪試驗中,根據(jù)波浪運動的復(fù)雜性,采用了自制的傳感器與應(yīng)變采集儀、應(yīng)變放大器、波高儀和計算機聯(lián)機,組成網(wǎng)衣波浪水槽試驗的采集系統(tǒng),開發(fā)了數(shù)據(jù)采集處理軟件,波浪力的測試精度達到99.91%。設(shè)計10種網(wǎng)衣,與HDPE框架裝配成系列網(wǎng)衣構(gòu)件,首先應(yīng)用預(yù)加張力放射法來約束構(gòu)件在波浪中的運動,分別按不同的波浪工況、網(wǎng)衣尺度和沖角分
5、別進行波浪試驗,同步采集網(wǎng)衣構(gòu)件水平波浪力和波浪參數(shù)。在試驗數(shù)據(jù)處理中,應(yīng)用“三次樣條”方法對網(wǎng)衣構(gòu)件和框架波浪試驗進行擬合,得出網(wǎng)衣的水平波浪力數(shù)值。當網(wǎng)衣垂直于波向時,水平波浪力的變化規(guī)律與波浪的一致(周期性和不對稱性變化),和波面圖極其相似,通過波浪力和波浪的相位差計算,波浪力變化曲線呈現(xiàn)司托克斯二階波形狀,波峰較陡,波谷較平坦,作用在網(wǎng)衣上的波浪力從水面到水下逐步減少分布;網(wǎng)衣波浪力大約與波高的2.5次方、波長的0.8次方成比例
6、,與網(wǎng)衣的寬度、特征參數(shù)d/a線性相關(guān);網(wǎng)衣沉沒在一定水深時,網(wǎng)衣高度變化對波浪力峰值影響不大。當網(wǎng)衣平面與波向有沖角時,波浪力與沖角的構(gòu)成形式相關(guān),沖角為左右傾時,波浪力均與沖角弧度數(shù)的1.58次方相關(guān);后傾和前傾時,波浪力分別與傾角的.2.15和2.04次方相關(guān),并且后者在每個變化周期內(nèi),至少出現(xiàn)了兩次峰值。 其次,應(yīng)用單點系泊方法進行網(wǎng)衣構(gòu)件的波浪水槽試驗,構(gòu)件在水槽中作來回周期性直線運動,當試驗波浪周期較小時,構(gòu)件的來回
7、運動不明顯,主要以波浪運動為主,水動力峰值大體上呈周期性均勻變化;而當周期較長、波高較高時,構(gòu)件在水動力的作用下產(chǎn)生了與波向相反的長周期漂移運動,有較大振幅的位移、速度和加速度,誘發(fā)了水動力的最大值。水動力變化呈現(xiàn):峰值短周期不均勻變化、最大值長周期變化和零拉力周期變化的規(guī)律。試驗結(jié)果顯示,在周期1.2、1.4、1.6、1.8s情況下,參數(shù)d/a最大值的網(wǎng)衣構(gòu)件,其單點系泊試驗水動力最大值是固定系泊計算水動力最大值的平均1.71、1.8
8、3、2.13、2.24倍,最大達3.61倍,表明在波浪條件下單點系泊構(gòu)件水動力有較大的增加。 再次對波浪力成分進行了分析,作用在網(wǎng)衣上的波浪力主要由拖曳力和慣性力組成,而網(wǎng)衣水平波浪力極大值一般由拖曳力組成,慣性力只在迭加過程中起作用。應(yīng)用多元逐步相關(guān)分析和多元線性回歸計算,當網(wǎng)衣垂直于波向時,得出網(wǎng)衣水平波浪力最大值的經(jīng)驗公式:F=2669.4F-L<'0.79>,a<'-1.48>d<'1.06>l<'1.05>物理量依次為
9、波高(H)、波長(L)、網(wǎng)目大小一半(口)、網(wǎng)線直徑(d)、網(wǎng)衣寬度(l)。由上述五個物理量組成回歸復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.9742,偏相關(guān)系數(shù)依次為:0.9989、0.9307、0.9985、0.9986、0.9185,相對來說波浪力與波高是緊密相關(guān)。進而又根據(jù)網(wǎng)衣前后波浪參數(shù)的變化情況,初步探討了網(wǎng)衣的消浪能力,網(wǎng)衣的波浪反射系數(shù)和透射系數(shù)(消浪能力)與網(wǎng)衣尺度、參數(shù)等有一定的關(guān)系。 然后依據(jù)莫里森方程和巴拉諾夫計算方法,分析和推導(dǎo)
10、了網(wǎng)衣波浪力的計算方法,并與實際漁用網(wǎng)衣波浪試驗進行計算對比分析,以上兩者的理論計算值一般要大于試驗值,平均誤差分別為10%和20%以上。結(jié)合網(wǎng)衣波浪試驗的經(jīng)驗公式,提出了水平波浪力系數(shù)的調(diào)整建議,從而系統(tǒng)給出了應(yīng)用不同的波浪理論來計算網(wǎng)衣水平波浪力的三種計算方法,初步補充了網(wǎng)衣波浪力學(xué)內(nèi)容。另外應(yīng)用以上計算方法,對網(wǎng)衣試驗的波浪力系數(shù)進行分析,通過無因次量計算發(fā)現(xiàn),網(wǎng)衣波浪力系數(shù)不是一個恒定值,有很大的離散性,與波浪參數(shù)、網(wǎng)衣尺寸、結(jié)
11、構(gòu)和相應(yīng)的一些無因次量相關(guān)。 最后,應(yīng)用網(wǎng)衣水平波浪力計算公式,對小尺度方形網(wǎng)箱波浪力學(xué)進行計算,并與該網(wǎng)箱的波浪水槽試驗進行對比分析,發(fā)現(xiàn)這三種方法計算結(jié)果與試驗情況比較接近;同時分別應(yīng)用正弦波理論和司托克斯二階波理論來計算網(wǎng)箱波浪力,與試驗情況進行對比研究,說明了不同的波浪理論在網(wǎng)衣波浪力計算中的必要性;然后根據(jù)以上計算方法,對實際網(wǎng)箱和表層拖網(wǎng)在極限生產(chǎn)海況條件下進行了水動力的計算,為網(wǎng)箱和漁具的設(shè)計制作與海上生產(chǎn)提供理論
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