工业化循环水双通道矩形圆弧角养殖池水动力及相关特性研究

Industrial recirculating aquaculture systems has been proved to be a highly efficient production mode for aquatic product which realize the reuse of resources, high-quality of aquatic products and the stable supply of products, the aquaculture tank is the key infrastructure for the aquaculture systems. However, there is no strict scientific design and standards in production, which results in the problems of poor hydrodynamic conditions, accumulation of waste products and elimination, and uneven distribution of dissolved oxygen. It affects the healthy growth of the cultured organisms, and also causes adverse effects on production operation and breeding cost. The project aims to establish a model for a dual-drain rectangular tank with arc angle commonly used in production. Experimental and numerical simulation methods are used to analyze the hydrodynamics and related characteristics of aquaculture tanks. The goal of this project is to explore the hydrodynamics on tank, characteristics of waste accumulation and elimination, the distribution of dissolved oxygen in three dimensional flow of solid -liquid- gas three-phase. The numerical model of solid -liquid- gas three-phase will be established, on the basis of mutual validation between numerical calculation model and physical model test. The hydrodynamics and related characteristics will be investigated, which can supply support for the design and production of aquaculture tanks.

工业化循环水养殖已被证明是可实现资源节约利用、水产品质量可控、产品稳定供给的高效生产模式。养殖池是养殖系统的关键基础设施，然而在生产中缺乏严谨科学的设计规范和标准，导致现有的养殖池水动力条件不理想、集排污效果不佳、溶解氧分布不均匀等问题，影响了养殖生物的健康成长，对生产操作、养殖成本等亦产生不利影响。本项目以养殖生产中常用的双通道矩形圆弧角养殖池为研究对象，用实验和数值模拟相结合的手段进行养殖池水动力及相关特性的深入研究。重点对固液气三相三维流动下养殖池的水动力特征、固体颗粒物集排污特性、溶解氧分布规律进行探索，建立固液气三相三维数值计算模型。在数值计算模型与物理模型试验相互验证的基础上开展养殖池的水动力特征及相关特性的探索研究，为养殖池的设计和生产提供支持。

养殖池是养殖系统的关键基础设施，而养殖池系统的水动力特性又直接关系生物健康、生产操作、经济效益等方方面面。养殖池系统构建常面临水动力条件不佳、集排污性能差、溶解氧分布不均匀等问题，产业的发展急需解决养殖池系统构建的水动力及相关问题。. 本项目以养殖中常用的矩形圆弧角养殖池为研究对象，用模型试验和数值模拟相结合的手段开展养殖池水动力及相关特性的研究，建立适宜的矩形圆弧角养殖池固液气三相三维数值计算模型，基于水动力特性明确矩形圆弧角养殖池的定义，探索矩形圆弧角养殖池中水动力分布特征、固体颗粒物集排污特性及溶解氧分布规律。. 本项目基于计算流体力学RNG k-ε湍流模型建立养殖池液相三维数值计算模型，选用RNG k-ε 湍流模型与离散相DPM模型相结合构建养殖池系统的固-液两相流数值计算模型，基于RNG k-ε 湍流模型与欧拉多相模型结合建立液气两相三维数值计算模型，在固-液两相模型和液-气两相模型基础上综合实现建立固液气三相三维数值计算模型，模型的有效性与精度得到了验证并应用于养殖池水动力特性及相关问题的研究。基于池内水动力特性将养殖池进行分类，0＜R/B（圆弧角半径R与池体宽度B之比）＜0.2的养殖池定义为准方形养殖池，0.2≤R/B＜0.4的养殖池定义为方形圆弧角养殖池，0.4≤R/B＜0.5的养殖池定义为准圆形养殖池。其中R/B为0.20和0.25是兼具较好流场均匀性和高空间利用率的方形圆弧角养殖池。研究养殖池的进水结构参数对流场性能、排污性能等的影响，提出进径比（C/B，射流孔位置到池壁的水平距离C与养殖池短边B之比）、能量有效利用系数ηe和流场均匀性的判别参数UC50（均匀系数）等指标用于流场性能研究。进径比对养殖池系统内流场特性、固体颗粒物的分布特征与排出效率影响明显，进径比参数的细微变化直接导致流场性能和集排污性能的较大改变。. 本项目研究可为养殖池设计优化、标准建立、生产管理奠定前期理论基础，为养殖池的设计和生产提供支持。