生物附着影响下网衣的水动力特性研究

The hydrodynamic characteristics of the net cage is a key problem on the design, use and maintenance of the aquaculture net cage in open sea. Because of long period of immersion in sea water, the cage net suffers significantly from the effect of biofouling. Biofouling on the netting can lead to a rapid net aperture occlusion, thus reduce the water exchange across nettings and add considerable hydrodynamic forces to the net cage. Consequently, biofouling on net cages is detrimental to fish health and production and can cause equipment failure. Numerous studies previously have been performed focusing mainly on the hydrodynamic characteristics of clean netting. Researches regarding the hydrodynamic characteristics of biofouled netting are still in the initial stage of exploration. This project intends to use the combination of theoretical analysis, physical-model experiment and numerical simulation to investigate the hydrodynamic characteristics of biofouled netting. The study mainly includes the following three parts: 1) the hydrodynamic coefficients of and the flow field around the biofouled netting; 2) the numerical model of the hydrodynamic characteristics of the biofouled rigid netting; 3) the fluid-structure interaction between biofouled flexible netting and wave or current. Through the researches of the project, the study eventually will form the theoretical analysis, experimental method and numerical model for the hydrodynamic characteristics of biofouled netting.

海上养殖网箱的水动力特性问题是关乎网箱设计、使用和维护的关键性问题。由于长期浸泡在海水中，网衣容易遭受严重的海洋生物附着的影响。附着物会导致网孔的堵塞，降低网箱内的水体交换速率，并引起网箱受力的增加，从而影响养殖鱼类的生长和养殖设施的安全。现有研究大多是建立在网衣未受附着物影响的假设之上的，关于生物附着影响下网衣水动力特性的研究还处于初步探索阶段。本项目拟采用理论分析、物理模型实验和数值模拟相结合的方法，围绕“生物附着影响下网衣的水动力特性”这个核心科学问题，从1）生物附着网衣的水动力系数及其周围流场的实验研究；2）生物附着影响下刚性网衣水动力特性的数值模拟方法；3）生物附着影响下柔性网衣水动力特性的流固耦合计算，三个方面系统的开展研究工作。以期通过本课题的成功完成，在前期研究的基础上，构建完善的生物附着影响下网衣的水动力特性理论分析体系、实验方法和数值模拟系统。

水产养殖是一个全球化的重要行业，它为日益增长的世界人口提供必需的食品，并在为食品供应不足的国家提供蛋白质方面扮演这重要角色。然而，海洋养殖设施容易遭受严重的生物附着的影响。网衣上的生物附着物会直接影响养殖鱼类的品质和养殖设施的安全。本项目采用理论分析、物理模型实验和数值模拟相结合的方法，围绕“生物附着影响下网衣的水动力特性”这个核心科学问题开展研究。探明了生物附着网衣的水动力系数及其周围流场特性；建立了生物附着影响下刚性网衣水动力特性的数值模拟方法；实现了生物附着影响下柔性网衣水动力特性的流固耦合计算。研究成果获中国船级社采纳，全面录入我国首部网箱设施行业标准，指导了多座大型海上渔场平台的入级和检验工作。相关成果在海洋资源的开发与利用方面具有广阔的应用前景，可为海上渔业设施、浮式消浪设施、近海核电拦污网的研发设计和安全运营提供新的理论依据。在本项目的资助下，发表学术论文22篇，其中SCI国外期刊论文13篇（包括国际高水平学术期刊Ocean Engineering 3篇，Aquacultural Engineering 3篇，Applied Ocean Research 3篇）；申请发明专利2项，授权1项，授权实用新型专利2项。相关成果获辽宁省科技进步二等奖1项；项目负责人获辽宁省优秀博士学位论文奖。项目培养博士、硕士研究生10名；参加国际学术会议10人次。