基于PIV技术的方形网箱二维流场分析
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目大 小对方 形 网箱阻 流效应 的影 响 ， 研究结 果可 为今
对 流态 的影 响也极 为复杂 。目前 ， 针对 网箱 流场特性
的研 究 多采用 水槽试 验来 进行 。黄六一 等（ ２ ０ ０ ７ ） 依据
国家 自然科 学 基金 （ ３ ０ ９ ７ ２ ２ ５ ６ 、５ １ ２ ３ ９ ０ ０ ２ ） 和现 代农 业 产业 技 术 体 系建设 专 项 （ Ｃ Ａ ＲＳ 一 ５ ０ 一 Ｇ ０ ５ ） 共 同资助 。崔 勇 ，
荣等 ， ２ ０ ０ ７ ； Ｚ ｈ ａ ｏ ｅ ｔ ａ ｌ ， ２ ０ ０ ７ ；崔 勇等 ， ２ ０ １ ０ ） 以及 网箱
变形严 重（ Ｃ ｕ ｉ ｅ ｔ ａ ｌ ， ２ ０ １ ３ ） ，对 鱼类 的健康养 殖带来 不 良影 响 。 众多研 究 表明（ Ｌ ｅ ｅ ｅ ｔ ａ ｌ ， ２ ０ ０ ８ ；崔勇等 ， ２ ０ １ １ ： 黄小 华等 ， ２ ０ １ １ ） ，网箱结 构所 受到水 流 的作 用力 与流 速 的平方成 正 比 ， 在 计算水 流对 网箱结 构作用 时 ， 如 果忽 略流 速 的变 化将会 产生较 大 的误差 。此外 ，网箱 周 围流场 的分 布也 会 影 响饵 料 物质 的输 送 与 代谢 废 物 的转运 。因此 ， 有必要 针对 网箱 结构 的减流情 况开
摘要
方形重力式网箱在水流 中会产 生一定的阻流效应 ， 研究不同类型 网箱在不同流速下网箱周
围的减 流情 况非 常重 要。本研 究通过 水槽 试验 ，设 计 了 ４组 不 同网 目形 状 与 网 目尺 寸 的 网箱模 型 ， 利 用粒 子测速 技术（ Ｐ Ｉ Ｖ ） － ￣多普勒流 速 计（ Ａ ＤＶ ） 试 验技 术 ， 分 析 方形 网箱二 维流场 特 性 、 流速 分布 及
展研 究 。
为全 面获取 网箱周 围流速 变化规 律及 流场分 布 ，
本研 究采用 粒子 图像测 的 网衣 部 分 由 网线 组成 ，具有 结 构 直径 细 小 、柔性 易变 形 的特 征 ，而且 ，网线表 面并非 光滑 ，
仪（ Ａ Ｄ Ｖ） 定点测 速相结 合 ，对装 配不 同种类 网衣 的方 形 网箱进行 流速测 量 。试验 分别研 究 了网 目形 状 、网
深水 网箱 布设 的海域 通常 流速较 大 ，因而 ， 水 流 因素对 网箱设 施 的稳 定 与养殖 鱼类 的安 全 至关 重要 。 深水 网箱 内外 水体交 换好 ， 鱼类 能够在 接近 自然 的环 境 中生长 ， 可有 效减少 病害 的发生 ， 从 而提 高养殖 品 质。 然而 ， 流速 过大将 导致 网箱有效 养殖 容积 减少（ 万
化趋势不明显。 结果表明， 利用 Ｐ Ｉ Ｖ技术给出经过 网箱 中心点铅垂面流场分布的云图呈现，可清晰 看 出网箱周 围的水流 流 线分 布 疏 密程 度 。 关键词 网箱；阻流效应；粒子测速 ；水槽试验
Ａ 文章编号 ２ ０ ９ ５ ． ９ ８ ６ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ ． ０ １ ３ ８ — ０ ７ 中图分类 号 ￥ ９ ６ ５ 文献标识码
第３ ６卷 第 ５ 期
２ ０ １ ５年 １ ０月
渔
业
科
学
进
展
ＶＯ １ ＿ ３ ６． ＮＯ ． ５
０ｃ ｔ ． ． ２０１ ５
ＰＲ０ＧＲＥＳＳ Ｉ Ｎ ＦＩ ＳＨＥＲＹ ＳＣＩ ＥＮ ＣＥＳ
ＤＯＩ ： １ ０ ． １ １ ７ ５ ８ ／ ｙ ｙ ｋ ｘ ｊ Ｚ ． ２ ０ １ ５ ０ ５ １ ９
渔具 模型试 验方 法 ， 设计 并制作 了浮式箱 网模型 来进 行水 槽试 验 。结果 表明 ， 箱 网结 构通 过合理 布设 能够 有 效减小 流速 。李玉 成等（ ２ ０ ０ ５ ） 设计 了 ６种重力 式 网 箱 模型 ， 根据试 验结果 对这些 网箱 的阻流 效应进 行研 究， 分 别得 出 了网箱 内部 与后部 的 阻流系数 。 近 些年 来 ，随着计算 机软 硬件技 术 的发 展 ，国内外学者 先后 利 用 商业 软 件 对 网衣 及 网箱 结 构 的流 场变 化 进 行仿 真模 拟 。Ｐ ａ ｔ ｕ ｒ ｓ ｓ ｏ ｎ等（ ２ ０ １ ０ ） 将 网片 结 构看 成 多孑 Ｌ 介 质， 并 且假 设 网片结构 固定不 动 ，对 网片 的流 场特性 进 行数值 模 拟 。 Ｚ ｈ ａ ｏ等（ ２ ０ １ ３ ） 将 网箱假定 为多个 不 同 角度 网片 的组合体 ，同样 利用 多孔介 质模 型 ，通过 商 业软 件 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ对 网片及 网箱结 构周 围流 场变 化进行 研究 。
其减速情况。结果显示， 水流经过 ４ 组 网箱后均 出现明显的流速衰减 ， 衰减 区的高度与网箱高度大
致 相 当 ；而 网箱底 部 则 出现 流速 增大 区。ＡＤ Ｖ与Ｐ Ｉ Ｖ 测量 结果 基本 一致 。 当来流速 度 为 ０ ． １ ８ ｍ ／ ｓ 时 ，４组 网箱 中心 点 的平均 流速 衰减 系数在 ０ ． ５ ＿ ０ ． ８左 右 。装 配菱形 网 目的 网箱流速 衰减 略大 于方 形 网 目网箱 ； 小 网 目网箱 的流速 衰减 则 明显 大于 大 网 目网箱 ，而 网箱 的平 均流速 衰减 系数随流速 变
Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｃ ｕ ｉ ｙ ｏ ｎ ｇ ＠ｙ ｓ ｆ ｉ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗｗ ｗ． ｙ ｙ ｋ ｘ ｊ ｚ ． ｃ ｒ ｄ
基于 Ｐ Ｉ Ｖ技 术 的方形 网箱 二维流场分 析术
崔 勇 关长 涛 赵 侠 刘 超 黄 滨 李 娇
（ 农业 部海洋 渔业可 持续发 展重点 实验室 青 岛市 海水鱼类 种子工 程与 生物技术 重点实 验室 中 国水产 科学研 究 院黄 海水产研 究所 青 岛 ２ ６ ６ ０ ７ １ ）
对 流态 的影 响也极 为复杂 。目前 ， 针对 网箱 流场特性
的研 究 多采用 水槽试 验来 进行 。黄六一 等（ ２ ０ ０ ７ ） 依据
国家 自然科 学 基金 （ ３ ０ ９ ７ ２ ２ ５ ６ 、５ １ ２ ３ ９ ０ ０ ２ ） 和现 代农 业 产业 技 术 体 系建设 专 项 （ Ｃ Ａ ＲＳ 一 ５ ０ 一 Ｇ ０ ５ ） 共 同资助 。崔 勇 ，
荣等 ， ２ ０ ０ ７ ； Ｚ ｈ ａ ｏ ｅ ｔ ａ ｌ ， ２ ０ ０ ７ ；崔 勇等 ， ２ ０ １ ０ ） 以及 网箱
变形严 重（ Ｃ ｕ ｉ ｅ ｔ ａ ｌ ， ２ ０ １ ３ ） ，对 鱼类 的健康养 殖带来 不 良影 响 。 众多研 究 表明（ Ｌ ｅ ｅ ｅ ｔ ａ ｌ ， ２ ０ ０ ８ ；崔勇等 ， ２ ０ １ １ ： 黄小 华等 ， ２ ０ １ １ ） ，网箱结 构所 受到水 流 的作 用力 与流 速 的平方成 正 比 ， 在 计算水 流对 网箱结 构作用 时 ， 如 果忽 略流 速 的变 化将会 产生较 大 的误差 。此外 ，网箱 周 围流场 的分 布也 会 影 响饵 料 物质 的输 送 与 代谢 废 物 的转运 。因此 ， 有必要 针对 网箱 结构 的减流情 况开
摘要
方形重力式网箱在水流 中会产 生一定的阻流效应 ， 研究不同类型 网箱在不同流速下网箱周
围的减 流情 况非 常重 要。本研 究通过 水槽 试验 ，设 计 了 ４组 不 同网 目形 状 与 网 目尺 寸 的 网箱模 型 ， 利 用粒 子测速 技术（ Ｐ Ｉ Ｖ ） － ￣多普勒流 速 计（ Ａ ＤＶ ） 试 验技 术 ， 分 析 方形 网箱二 维流场 特 性 、 流速 分布 及
展研 究 。
为全 面获取 网箱周 围流速 变化规 律及 流场分 布 ，
本研 究采用 粒子 图像测 的 网衣 部 分 由 网线 组成 ，具有 结 构 直径 细 小 、柔性 易变 形 的特 征 ，而且 ，网线表 面并非 光滑 ，
仪（ Ａ Ｄ Ｖ） 定点测 速相结 合 ，对装 配不 同种类 网衣 的方 形 网箱进行 流速测 量 。试验 分别研 究 了网 目形 状 、网
深水 网箱 布设 的海域 通常 流速较 大 ，因而 ， 水 流 因素对 网箱设 施 的稳 定 与养殖 鱼类 的安 全 至关 重要 。 深水 网箱 内外 水体交 换好 ， 鱼类 能够在 接近 自然 的环 境 中生长 ， 可有 效减少 病害 的发生 ， 从 而提 高养殖 品 质。 然而 ， 流速 过大将 导致 网箱有效 养殖 容积 减少（ 万
化趋势不明显。 结果表明， 利用 Ｐ Ｉ Ｖ技术给出经过 网箱 中心点铅垂面流场分布的云图呈现，可清晰 看 出网箱周 围的水流 流 线分 布 疏 密程 度 。 关键词 网箱；阻流效应；粒子测速 ；水槽试验
Ａ 文章编号 ２ ０ ９ ５ ． ９ ８ ６ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ ． ０ １ ３ ８ — ０ ７ 中图分类 号 ￥ ９ ６ ５ 文献标识码
第３ ６卷 第 ５ 期
２ ０ １ ５年 １ ０月
渔
业
科
学
进
展
ＶＯ １ ＿ ３ ６． ＮＯ ． ５
０ｃ ｔ ． ． ２０１ ５
ＰＲ０ＧＲＥＳＳ Ｉ Ｎ ＦＩ ＳＨＥＲＹ ＳＣＩ ＥＮ ＣＥＳ
ＤＯＩ ： １ ０ ． １ １ ７ ５ ８ ／ ｙ ｙ ｋ ｘ ｊ Ｚ ． ２ ０ １ ５ ０ ５ １ ９
渔具 模型试 验方 法 ， 设计 并制作 了浮式箱 网模型 来进 行水 槽试 验 。结果 表明 ， 箱 网结 构通 过合理 布设 能够 有 效减小 流速 。李玉 成等（ ２ ０ ０ ５ ） 设计 了 ６种重力 式 网 箱 模型 ， 根据试 验结果 对这些 网箱 的阻流 效应进 行研 究， 分 别得 出 了网箱 内部 与后部 的 阻流系数 。 近 些年 来 ，随着计算 机软 硬件技 术 的发 展 ，国内外学者 先后 利 用 商业 软 件 对 网衣 及 网箱 结 构 的流 场变 化 进 行仿 真模 拟 。Ｐ ａ ｔ ｕ ｒ ｓ ｓ ｏ ｎ等（ ２ ０ １ ０ ） 将 网片 结 构看 成 多孑 Ｌ 介 质， 并 且假 设 网片结构 固定不 动 ，对 网片 的流 场特性 进 行数值 模 拟 。 Ｚ ｈ ａ ｏ等（ ２ ０ １ ３ ） 将 网箱假定 为多个 不 同 角度 网片 的组合体 ，同样 利用 多孔介 质模 型 ，通过 商 业软 件 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ对 网片及 网箱结 构周 围流 场变 化进行 研究 。
其减速情况。结果显示， 水流经过 ４ 组 网箱后均 出现明显的流速衰减 ， 衰减 区的高度与网箱高度大
致 相 当 ；而 网箱底 部 则 出现 流速 增大 区。ＡＤ Ｖ与Ｐ Ｉ Ｖ 测量 结果 基本 一致 。 当来流速 度 为 ０ ． １ ８ ｍ ／ ｓ 时 ，４组 网箱 中心 点 的平均 流速 衰减 系数在 ０ ． ５ ＿ ０ ． ８左 右 。装 配菱形 网 目的 网箱流速 衰减 略大 于方 形 网 目网箱 ； 小 网 目网箱 的流速 衰减 则 明显 大于 大 网 目网箱 ，而 网箱 的平 均流速 衰减 系数随流速 变
Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｃ ｕ ｉ ｙ ｏ ｎ ｇ ＠ｙ ｓ ｆ ｉ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ
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基于 Ｐ Ｉ Ｖ技 术 的方形 网箱 二维流场分 析术
崔 勇 关长 涛 赵 侠 刘 超 黄 滨 李 娇
（ 农业 部海洋 渔业可 持续发 展重点 实验室 青 岛市 海水鱼类 种子工 程与 生物技术 重点实 验室 中 国水产 科学研 究 院黄 海水产研 究所 青 岛 ２ ６ ６ ０ ７ １ ）