方型人工鱼礁周围水流运动的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟得到了5种不同来流速度(0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 m/s)下方型人工鱼礁(边长为3 m)周围的水流场。铅垂平面上的计算结果表明:当水流贴近礁体迎流面时,水流抬升而形成上升流;不同来流速度工况下,上升流最大速度均约为来流速度的0.64倍,上升流平均速度均为来流速度的0.12倍,而上升流的最大高度为礁体高度的2.62～2.65倍;由于流动分离,在礁体顶面形成一小旋涡区,而在礁体背水面后端形成背涡区;5种来流速度下的背涡区长度均为礁体高度的3.0～3.5倍,而背涡区高度为礁体高度的1.1～1.2倍。水平面上的计算结果表明:紧贴礁体四周为水流减速区,在礁体两侧形成小旋涡区(缓流区),而在礁体背部形成一大旋涡区(背涡区);背涡区内的水流旋涡结构随来流速度大小而变,但背涡区的最大宽度基本不随来流速度的改变而改变,约为礁体宽度的2倍。     

三棱柱型人工鱼礁绕流流场的CFD分析

基于CFD软件平台ANSYS FLUENT,模拟得到了5种不同来流速度(0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 m/s)下三棱柱型人工鱼礁(各边长均为3 m)周围的三维水流场。通过速度场模拟结果分析,得到了上升流最大速度点位置、上升流最大高度、上升流最大速度、上升流平均速度以及背涡区尺度等参数;分析了礁体周围的压力分布和背涡区的涡旋结构特征。此外,还初步揭示出三棱柱型人工鱼礁绕流与方型人工鱼礁绕流在流场效应上的异同点。     

金字塔型人工鱼礁绕流的三维CFD模拟研究

采用CFD技术,仿真研究了5种不同来流速度（0．1、0．2,0．4,0．6和0．8m／s）下金字塔型人工鱼礁（底面边长和高度均为3m）的三维绕流场。定量获得了上升流最大高度、上升流最大速度、上升流平均速度以及背涡区尺度等流场效应参数;揭示了礁体周围涡量和压力的分布特征,并得到了水动力大小和阻力系数;对比分析了金字塔型鱼礁与方型鱼礁和二三棱柱型鱼礁在上升流和背涡流特征量上的差别。     

人工鱼礁开口比对流场效应影响的三维数值模拟研究

采用CFD技术,模拟得到了开口立方体人工鱼礁绕流的三维水流场。通过速度场模拟结果分析,揭示出了流场效应随开口比变化的规律:1上升流最大速度与来流速度的比、上升流平均速度与来流速度的比、以及上升流最大高度与礁体高度的比均随开口比的增大而降低;2背涡区的尺度随开口比的增大而显著降低,当开口比为0.1和0.2时,在礁体背流面后端形成尺度较大而速度很小的尾涡区,而当开口比为0.5和0.6时背流面后端已无明显旋涡区。此外,模拟结果也揭示出上升流特性参数和速度场分布图案几乎不受来流速度大小的影响。     

同透空率下多孔人工鱼礁流场效应的三维数值模拟研究

通过计算流体动力学技术(CFD),分别模拟了非定常流作用下透空率为20%的箱型、梯形台、三棱体多孔空心单体鱼礁及组合鱼礁在6种来流速度、3种礁体布设工况下的人工鱼礁三维流场。模拟计算结果表明:水流遇到礁体迎流面抬升形成上升流,同种模拟工况下,同类型的多孔空心人工鱼礁以90°摆放时形成的上升流和背涡流规模强度达到最大,30°摆放时次之;单礁体情况下箱型鱼礁产生的流场效应更优。通过分析不同礁距下的九礁组合流场差异,上升流规模强度随着礁距的增加呈现出先增大后减小的趋势,1倍礁体距离下的鱼礁组合能产生更好的流场调控效应,并且箱型鱼礁组合和三棱体鱼礁组合的第一组礁体背面出现双涡旋现象,而梯形台鱼礁组合只存在一个涡旋,同种工况下,箱型鱼礁和三棱体鱼礁组合能更好地发挥鱼礁的集鱼、饵料效应和环境修复功能。     

遮板型开孔式正方体人工鱼礁流场特性数值研究

为开发一种能同时增殖鱼类与底栖生物的人工礁体,在山东省莱州湾明波海洋牧场无遮板正方体人工鱼礁的基础上,提出了一种遮板型开孔式正方体人工鱼礁。基于CFD仿真和波流动力学理论,采用Fluent软件分别对无遮板、遮板型不同开口比的正方体人工鱼礁的流场特性进行了数值模拟,比较了5种来流流速条件下两种不同结构礁体周围的上升流、背涡流及遮板以下区域的流场分布特征。结果表明：在不同来流流速条件下,遮板型开孔式正方体人工鱼礁在开口比为0.11时较其他开口比的礁体有更大高度的上升流、更大面积的背涡区及更大范围的顶部涡流,但开口比不会影响遮板以下缓流区域。在相同开口比、相同流速的条件下,遮板型开孔式正方体人工鱼礁能为底栖生物增殖创造更加适合的流场环境,同时能够更好地发挥鱼类增殖效果,开口比为0.11时的遮板型开孔式正方体人工鱼礁的效果最为显著。研究结果可为人工鱼礁的结构型式设计提供新的思路和参考。     

布设间距对三棱柱形人工鱼礁绕流影响的数值模拟

以CFD(计算流体动力学)技术为手段,研究了不同布设间距下形状为三棱柱形的人工鱼礁周围水流运动规律.研究中采用了4种布设间距,分别为1.5、3、4.5和6 m,它们分别为0.5、1、1.5和2倍鱼礁长度.速度为0.2、0.4、0.6、0.8 m/s的水流,流过不同布设间距的2个三棱柱形人工鱼礁,分别观察鱼礁周围水流运动情况.研究结果显示:布设间距越大,礁体之间的涡旋越大,增大到一定程度有可能产生2个涡旋.布设间距对于第二个鱼礁的尾涡不产生影响,并且来流速度对这两个旋涡的大小不产生影响.布设间距内速度分布规律为由中心向四周速度越来越小,但不会超过鱼礁高度,来流速度对此规律不产生影响.     

渤海湾典型人工鱼礁区域流场分布与海床泥沙起动特征

由于我国渤海湾近海环境的不同程度污染及渔业资源的过度捕捞,人工鱼礁的建设作为改善海洋生态环境、增加渔业产量的重要措施已受到了日益受到重视。本文以渤海湾辽东湾区觉华岛近海人工鱼礁区域为研究对象,通过实施9组室内水槽模拟实验,采用PIV测试技术,重点研究了不同流速及鱼礁间距条件下人工鱼礁区域上升流、背涡流及海床泥沙临界起动切应力的变化特点。结果表明：随着流速增加,在相同人工鱼礁群间距条件下上升流特征值均呈现增加趋势,背涡流特征值变化不大;在同一流速下,不同间距的人工鱼礁群上升流在扩大25%间距时各项特征值达到最大;首个分礁群后背涡流特征值随间距增加而有增大趋势,最大面积也出现在扩大25%间距鱼礁区域;另一方面,通过对比分析人工鱼礁投放前、后泥沙临界起动切应力变化特点,表明在投放人工鱼礁后,各个单体礁前后区域较未投放人工鱼礁群前海床泥沙更容易起动;对于相邻的单体礁,沿水流方向的前一个礁体前后的泥沙较后部礁体前后的泥沙更易起动。本项研究成果对渤海湾觉华岛等近海人工鱼礁优化布局与投放操作流程和渔业资源增产增收具有重要指导意义。     

人工鱼礁的水动力学特性及流场效应分析

基于CFD方法,研究了立方体空心开孔人工鱼礁的水动力特性,用上升流和背涡流的体积为参数,分析了来流速度和开口比对流场效应的影响,得到了流场效应随来流速度和开口比的变化规律:上升流规模随流速的增大而增大,背涡流规模随流速的增大而减小;上升流和背涡流的规模均随开口比的增大而减小。鱼礁开口比是流场效应的主要影响因素,来流速度对流场效应的影响次之。     

水流作用下星体型人工鱼礁二维流场PIV试验研究

单体及双体人工鱼礁流场效应的研究,是鱼礁结构设计和投放布局的重要理论基础。将PIV(粒子图像测速)二维流场测试技术应用到人工鱼礁领域,对单体和双体星型人工鱼礁在三种流速下所产生的流场效应进行了测试。通过试验获得了鱼礁周围的流场规模和主要特征流(上升流和背涡流)的性质。结果表明,单体鱼礁所产生的上升流和背涡流的规模和强度与其摆放高度和迎流面积有关;组合鱼礁周围流场分布与两鱼礁的排列方式(横向与纵向)和间距有关,两鱼礁横向排列比单体鱼礁产生的流场效应强,纵向排列两鱼礁之间出现漩涡结构。     

渤海辽东湾典型人工鱼礁区域水沙动力特征与格局优化探讨

人工鱼礁是改善海洋生态环境、提高渔业产量的有效措施之一,不同规模的人工鱼礁会产生不同的流场效应.本文以渤海辽东湾觉华岛人工鱼礁区拟投放的方形人工鱼礁区域为研究对象,采用PIV粒子图像测速技术,实施了20组室内水槽实验,模拟了不同流速条件下不同布设间距对单位礁流场的影响及紊动效应.结果 表明:随着流速增加,同一间距下上升...     

旋流排螺装置内水流特性数值模拟

旋流排螺装置借鉴旋流排沙的原理,通过装置内产生的螺旋流使水和钉螺分离。为了探明装置内水螺分离机理,必须研究其流场全面图景。采用雷诺应力模型(RSM),结合流体体积函数(VOF)方法对旋流排螺装置的水气两相流进行三维数值模拟研究,并分析研究二次流分布特性。计算的自由水面和三维流速分布均与试验结果吻合较好。计算结果表明:切向流速分布呈现强迫涡特征,流速随半径的减小而减小;隔板能够抑制边壁处向上运动的水流、减弱携钉螺溢出的二次环流,对钉螺的有效排除有着关键作用。研究成果可为控制涵闸渠道钉螺扩散,改进旋流排螺装置提供技术技撑。     

Effects of finite-size heavy particles on the turbulent flows in a square duct

A parallel direct-forcing fictitious domain method is applied in fully-resolved numerical simulations of particle-laden turbulent flows in a square duct. The effects of finite-size heavy particles on the mean secondary flow, the mean streamwise velocity, the root-mean-square velocity fluctuation, and the particle concentration distribution are investigated at the friction Reynolds number of 150, the particle volume fraction of 2.36%, the particle diameter of 0.1 duct width, and the Shields number ranging from 1.0 to 0.2. Our results show that the particle sedimentation breaks the up-down symmetry of the mean secondary vortices, and results in a stronger secondary-flow circulation which transports the fluids downward in the bulk center region and upward along the side walls at a low Shields number. This circulation has a significant impact on the distribution of the mean streamwise velocity, whose maximum value occurs in the lower half duct, unlike in the plane channel case. The flow resistance is increased and the turbulence intensity is reduced, as the Shields number is decreased. The particles accumulate preferentially at the face center of the bottom wall, due to the effect of the mean secondary flow. It is observed that the collision model has an important effect on the results, but does not change the results qualitatively.