湖南
近日，中国水产科学研究院南海水产研究所院级深远海网箱养殖工程联合攻关创新团队在船型桁架网箱水动力与结构性安全研究方面取得新进展。相关研究成果分别以《Flow field characteristics inside and around a ship-shaped truss net cage under non-uniform biofouling conditions》和《Strength assessment of a large-scale offshore truss-plate coupled ship-shaped net cage in waves》为题，发表于国际学术期刊《Ocean Engineering》（JCR 1区，IF=6.3）和《Aquacultural Engineering》（JCR 1区，IF=4.4）。刘航飞副研究员为第一作者，黄小华研究员为通讯作者。
图1 深远海船型桁架网箱
揭示非均匀生物附着条件下船型桁架网箱内部及周围流场分布特性：针对传统研究主要采用均匀生物附着假设、难以反映实际海上网衣附着空间差异的问题，科研团队基于计算流体动力学方法，采用RANS方程、SST k−湍流模型和多孔介质方法，建立了船型桁架网箱三维流场数值模型，将不同附着程度的网衣划分为多个具有不同密实度的区域，并通过拓扑连接实现不同多孔介质区域之间数据传递。研究发现，非均匀生物附着显著会增强船型桁架网箱的阻流作用，且网箱侧网底部较高生物附着能够有效抑制船首压载舱诱导的高速流动区域，阻止高速流进一步向上游养殖区域扩展，使养殖区域内部流速总体维持在1.0 m/s以下。
图2 深远海船型桁架网箱内部及周围流速分布示意图
评估深远海多尺度板-梁耦合船型桁架网箱主体结构安全性：为了评估海上大型养殖设施在波浪作用下的结构安全性，研究团队以总长91.3 m、型宽27.6 m、型深10.8 m的船型桁架网箱为研究对象，模型主要由船首压载舱、中部养殖舱和船尾压载舱组成。分别建立了水动力面元模型、Morison单元模型和结构有限元模型，综合采用势流理论、Morison方程和有限元方法，实现波浪载荷从水动力模型向结构力学模型的映射，并进一步获得整体结构应力分布。研究发现，艏部压载舱最大应力主要出现在背浪侧相邻壁板连接区域。艉部压载舱最大应力则主要集中在桁架与压载舱连接位置、壁板交界及角部区域。对于桁架结构，结果发现弯曲产生的正应力是桁架结构的主要应力分量，高应力区域主要分布在艏部、艉部以及压载舱内部加强构件等关键部位。这一发现对网箱结构的局部优化有重要参考价值。
图3 深远海船型桁架网箱压载舱及桁架结构应力分布示意图
两项研究分别围绕非均匀生物附着条件下船型桁架网箱流场分布特性以及波浪作用下大型船型桁架网箱结构强度方面开展系统研究，为深远海大型养殖装备的水动力设计、结构优化与安全运行提供了理论依据和技术支撑。
上述研究获得国家自然科学基金、海南省自然科学基金、中国水产科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项。
全文链接：
文章1
《Flow field characteristics inside and around a ship-shaped truss net cage under non-uniform biofouling conditions》
链接地址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0029801826028568
文章2
《Strength assessment of a large-scale offshore truss-plate coupled ship-shaped net cage in waves》
链接地址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144860926000555
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