網(wǎng)漁具水動力學特性的數(shù)值模擬研究——以刺網(wǎng)和張網(wǎng)為例.pdf

1、網(wǎng)漁具由柔軟的網(wǎng)衣、繩索以及浮、沉子等材料所構成，在作業(yè)過程中受到水流和波浪以及浮沉力等的作用展開呈一定的形狀。為此，設計者利用水槽模型實驗和力學分析等手段，希望在設計階段能夠預測漁具在作業(yè)時的形狀、受力及其運動的特性，以優(yōu)化漁具的設計，達到良好的捕撈效果。近十年來，由于計算機技術和數(shù)學、力學分析方法的進步，關于網(wǎng)漁具水動力學特性的數(shù)值模擬研究已逐漸成為漁具力學領域的研究前沿，引起了國內(nèi)外相關研究者的更多關注，取得了一些令人矚目的成果。

2、
　　 網(wǎng)衣在波流場中同時受到拖曳力以及慣性力的作用，在漁具力學的計算分析中，流體作用力計算普遍使用了工程上的阻力公式，但其關鍵問題在于了解和選擇合理的拖曳力系數(shù)Cd以及慣性力系數(shù)Cm?；仡欉^去的研究，網(wǎng)衣在流場中的拖曳力系數(shù)Cd的研究結果相對較多，而網(wǎng)衣慣性力系數(shù)Cm的研究卻近乎空白。本文為研究柔性網(wǎng)衣在波浪中的水動力特性，特別設計開展了水槽中的網(wǎng)衣受迫振動實驗。實驗網(wǎng)衣為方形，網(wǎng)衣四角通過專門設計的可測量兩個方向力的“π”型

3、測力計與受迫振動裝置相連，并給予一定的初始張力。其次，建立與此實驗相匹配的網(wǎng)衣在水下振動的有限元動力數(shù)值模型。通過對實驗受力與計算受力進行傅里葉分析后得到的振幅與相位的比較，用最小二乘法和迭代的方法確定拖曳力系數(shù)Cd和慣性力系數(shù)Cm。觀察不同的參數(shù)對Cd與Cm的影響，得到以下結論：
　　 (1)頻率比較小的時候，拖曳力是主導力；隨著頻率的增加，慣性力的貢獻越來越大。另外，Kc數(shù)對于慣性力有一個正面的積極作用。對于較大的Kc數(shù)，慣

4、性力所占的比重也越大。(2)隨著頻率的增加，Cd與Cm都有下降趨勢，Cd隨著雷諾數(shù)Re變化的趨勢與在流場中的結果相似：(3)振動幅度的增加會使Cd下降，但是對Cm的影響不是太明顯；(4)網(wǎng)衣的疏密度對Cd和Cm均有積極作用。
　　 其次，建立了網(wǎng)衣在波流場中運動的有限元動力數(shù)值模型，并以刺網(wǎng)類漁具與張網(wǎng)類漁具為例，進行了漁具水動力學特性的數(shù)值模擬。為了簡化計算，數(shù)值計算采用了“網(wǎng)目群化”(mesh-grouped)的方法，即在保

5、持力學相似與幾何相似的條件下，將一定目數(shù)的實際網(wǎng)目合并成一個虛擬的計算網(wǎng)目進行計算，以減少計算量。在刺網(wǎng)和張網(wǎng)漁具的水槽模型實驗中，通過在網(wǎng)具上安裝發(fā)光二極管作為示蹤點，用CCD記錄示蹤點的運動軌跡；通過對定常流和波流聯(lián)合作用下漁具的錨繩受力與發(fā)光二極管示蹤點運動軌跡的計算值與實驗值的比較與分析，結果表明：模型實驗的實測值與數(shù)值計算結果符合良好。
　　 第三，數(shù)值模擬方法不僅可以獲得波流作用下網(wǎng)漁具的形狀、張力分布和運動特性，還