水流作用下平面金屬網(wǎng)衣水阻力特性數(shù)值模擬.pdf

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1、第32卷第3期大連海洋大學學報Vol.32No.32017年6月JOURNALOFDALIANOCEANUNIVERSITYJune2017DOI:10.16535/j.cnki.dlhyxb.2017.03.017文章編號:2095-1388(2017)03-0363-06水流作用下平面金屬網(wǎng)衣水阻力特性數(shù)值模擬112111、3陳昌平,王文,鄭佳成,鄭艷娜,史憲瑩,劉昌鳳(1.大連海洋大學海洋與土木工程學院,遼寧大連116023；2.馬鞍山市水利局,安徽馬鞍山243000；3.大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室,遼寧大連11

2、6024)摘要:為研究養(yǎng)殖用金屬網(wǎng)衣多孔小直徑網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水動力響應特性,采用計算流體動力學原理,基于Navier-Stokes方程及大渦模擬(LES)湍流模型,并運用ABAQUS/CFD模塊中的Gauss-Seidel耦合方法進行了水流作用下網(wǎng)衣的流固耦合計算,在試驗驗證的基礎(chǔ)上,得到了不同目腳尺寸和網(wǎng)線直徑組合條件下鋅鋁合金網(wǎng)衣的平面受力計算結(jié)果。結(jié)果表明:當網(wǎng)衣目腳尺寸由25mm增加到35、45mm時,3種網(wǎng)線直徑對應的網(wǎng)衣受到的水阻力值平均減小幅度分別為29.15％和43.79％；當網(wǎng)線直徑由2.5mm增加到3.2、4.0mm

3、時,3種目腳尺寸對應的網(wǎng)衣受到的水阻力值平均增加幅度分別為27.01％和55.84％。本研究結(jié)果可為進一步探究金屬網(wǎng)箱在波流作用下的整體受力變形提供理論參考。關(guān)鍵詞:金屬網(wǎng)衣；流固耦合；水阻力特性；數(shù)值模擬中圖分類號:TV131.6文獻標志碼:A在近海養(yǎng)殖海域生態(tài)環(huán)境不斷惡化、人類對食了比較,結(jié)果表明,銅合金網(wǎng)衣的法向阻力系數(shù)明品質(zhì)量安全要求不斷提高的背景下,近岸傳統(tǒng)網(wǎng)箱顯小于尼龍網(wǎng)衣,同時討論了影響網(wǎng)衣法向阻力系養(yǎng)殖的弊端逐漸顯現(xiàn)。近年來,深水金屬網(wǎng)箱逐漸數(shù)的相關(guān)因子(網(wǎng)目形狀、網(wǎng)衣密實度、網(wǎng)衣材「15」進入中國網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)的視野,

4、與重力式網(wǎng)箱相比,質(zhì))。Gansel等采用試驗測試的方法,得到了水金屬網(wǎng)箱具有抗浪流、耐腐蝕、輕附著、低污染、流作用下不同孔隙率的圓柱形金屬網(wǎng)衣流阻力值,「16」養(yǎng)殖空間大和水產(chǎn)品品質(zhì)高等優(yōu)勢,將會成為中國并與經(jīng)驗公式進行了比較。Cha等采用試驗的極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦宛B(yǎng)殖模式。網(wǎng)衣是金屬網(wǎng)箱的方法研究了不同直徑、網(wǎng)目長度在不同沖角條件下重要組成部分,在養(yǎng)殖環(huán)境中承受著復雜的波浪水的鏈形銅合金網(wǎng)衣水阻力系數(shù),并和柔性網(wǎng)衣的阻「17」流作用,在網(wǎng)箱養(yǎng)殖向外海深水推進過程中其安全力系數(shù)進行了比較。Decew等通過試驗方法獲性備受關(guān)注,因此,

5、研究金屬網(wǎng)衣在波浪水流作用得了一種鏈形銅合金網(wǎng)衣的等效剛度,并證實采用下的水動力特性具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的有限元方法可有效模擬該種網(wǎng)衣組成的重力多年來,國內(nèi)外學者通過模型試驗、數(shù)值模擬式網(wǎng)箱的體積變形。手段針對纖維類網(wǎng)衣開展了系列研究,主要包括網(wǎng)考慮到纖維類網(wǎng)衣屬于小直徑多孔柔性結(jié)構(gòu),「1-4」衣的模型試驗相似準則研究、網(wǎng)衣水阻力系數(shù)在網(wǎng)衣的數(shù)值模擬中,通常采用的網(wǎng)衣單元模型主「5-9」「10-13」研究、網(wǎng)衣在波流作用下的動力特性研究要包括桁架單元、梁單元、索單元、彈簧單元等。等。在此基礎(chǔ)上,相關(guān)學者開展了一系列由網(wǎng)衣、本研究

6、中針對一種鋅鋁合金網(wǎng)衣,依據(jù)有限元原浮架和錨碇系統(tǒng)構(gòu)成的深水網(wǎng)箱水動力特性研究。理,基于ABAQUS軟件,將網(wǎng)衣視為梁單元模型,近年來,隨著金屬網(wǎng)箱的逐漸運用,金屬網(wǎng)衣的研并首次運用Gauss-Seidel耦合方案,在試驗結(jié)果驗「14」究也隨之展開。Tsukrov等以網(wǎng)衣密實度為參證的基礎(chǔ)上,計算了方形金屬網(wǎng)衣在水流作用下的數(shù),對4種不同密實度的銅合金平面網(wǎng)衣在水流作水阻力值,討論了網(wǎng)衣受力與目腳尺寸、網(wǎng)線直徑用下的受力進行了測試,分析了4種網(wǎng)衣的阻力系的關(guān)系,數(shù)值模擬結(jié)果將為進一步研究金屬網(wǎng)箱在數(shù),并與兩種不同密實度的尼龍網(wǎng)衣測試

7、結(jié)果進行波流作用下的整體受力變形提供有益參考。收稿日期:2016-12-30基金項目:國家自然科學基金資助項目(31572663,51239002,51409039)；遼寧省教育廳科研項目(L2014280)作者簡介:陳昌平(1971-),男,博士,教授。E-mail:ccp＠dlou.edu.cn通信作者:鄭艷娜(1978-),女,博士,副教授。E-mail:zhengyn＠dlou.edu.cn364大連海洋大學學報第32卷-S=1▽?0-ui+0-uj?÷。(11)1數(shù)值模擬方法ij2è0x0x?ji式中:v為亞格子尺度的湍流

8、黏度,且t1.1流場模擬v=(CΔ)2-S,(12)tS模擬流體為牛頓流體,連續(xù)性方程為-S=2-S-S,(13)ijij0ρ+▽·(ρv)=0,(1)10tΔ=(ΔΔΔ)3。(14)xyz針對不可壓縮流體,連續(xù)性方程為式中:Δi為沿