[发明专利]一种深海养殖网箱群组水动力响应数值模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于水产养殖工程、水利工程和海洋工程技术领域，特别涉及一种在海洋环境荷载作用下深海养殖网箱群组水动力响应数值模拟方法。

背景技术

早在19世纪70年代，中国就开始利用网箱进行水产养殖活动；在上世纪八、九十年代，网箱水产养殖得到了快速的发展。截至2006年，全国有超过100万只网箱，养殖了30多种鱼类。在中国，网箱养殖的鱼每年大约30万吨，海洋养殖网箱已经成为了水产养殖的支柱产业。但是中国的传统网箱大部分都分布在近岸，这会引起一系列的问题：首先，传统网箱不能抵抗强风浪的侵袭，而分布在拥挤的近岸，近岸养殖密度超过了水体环境的承载极限，从而造成水体的污染以及网衣本身的污染；其次，大部分的近岸水体受到来自海岸线上的工业污染，这将导致养殖鱼类的品质下降，甚至死亡，降低了养殖效率，从而限制了水产养殖的发展。深水网箱养殖成为水产养殖可持续发展的必然选择。深海网箱养殖有以下优点：高科技及自动化，使用年限长以及抗污染、抗风浪能力强，大容量，经济效益更好，风险小，低成本，鱼类产品的高品质以及高价格。虽然深海养殖网箱有诸多优势，但是也同样面临很大的挑战，深海海洋环境相对近岸更加恶劣，网箱受到海洋环境荷载作用力也更大，为了设计合适的深海网箱锚绳系统，需要开展网箱水动力特性的研究。为了研究网箱的水动力特性，学者们开展了广泛的研究，这些研究主要集中在网衣以及单个网箱的水动力特性，对于组合式网箱群组的水动力研究很少，而深海网箱主要是以组合式网箱群组的形式存在，因此开展组合式网箱群组的水动力特性研究对于深海网箱系统的设计有重要的科学意义。

发明内容

为了辅助深水网箱群组结构的设计，本发明的目的是开展深水网箱群组结构在波浪作用下的水动力特性，分析深水网箱群组结构在波浪荷载作用下的锚绳受力以及浮架运动，分析网箱在不同布置条件下的锚绳受力情况，对网箱锚绳系统进行优化。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种深海养殖网箱群组水动力分析的数值模拟方法，包括以下步骤：

A、建立浮架模型

浮架包括两个同心圆环形浮管、扶手和连接构件，浮架一般漂浮于水面之上，两个浮管是主要的受力构件；为了分析浮架的受力，浮架被简化成两个浮管；

为了计算作用于浮管的外力，浮管被分成许多的微段；局部坐标系n-τ-v固定于每一个浮管微段，n轴和τ轴分别为微段的法向和切向，v轴垂直于微段所在的平面；整个浮管受到的外力可以通过每一个微段上的外力求和得到；

因为浮管的管径远小于波浪的波长，采用修正的莫里森公式计算作用于浮管微段上的波浪力，该公式考虑了波浪与浮管微段之间的相对运动，表示如下：