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船型桁架结构网箱单点系泊受力试验研究

吴元紧 黄小华 刘海阳 胡昱 陈昌平 袁太平 王绍敏 陶启友

吴元紧, 黄小华, 刘海阳, 胡昱, 陈昌平, 袁太平, 王绍敏, 陶启友. 船型桁架结构网箱单点系泊受力试验研究[J]. 南方水产科学. doi: 10.12131/20210025
引用本文: 吴元紧, 黄小华, 刘海阳, 胡昱, 陈昌平, 袁太平, 王绍敏, 陶启友. 船型桁架结构网箱单点系泊受力试验研究[J]. 南方水产科学. doi: 10.12131/20210025
Yuanjin WU, Xiaohua HUANG, Haiyang LIU, Yu HU, Changping CHEN, Taiping YUAN, Shaomin WANG, Qiyou TAO. Experimental study on mooring force of a single-point mooring fish cage with ship-type truss structure[J]. South China Fisheries Science. doi: 10.12131/20210025
Citation: Yuanjin WU, Xiaohua HUANG, Haiyang LIU, Yu HU, Changping CHEN, Taiping YUAN, Shaomin WANG, Qiyou TAO. Experimental study on mooring force of a single-point mooring fish cage with ship-type truss structure[J]. South China Fisheries Science. doi: 10.12131/20210025

船型桁架结构网箱单点系泊受力试验研究

doi: 10.12131/20210025
基金项目: 国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”专项 (2019YFD0900903);国家自然科学基金项目 (31772897, 31902424);广东省现代农业产业技术体系海水鱼产业创新项目 (2019KJ143);海洋经济创新发展区域示范专项 (Bhsfs012);中国水产科学研究院基本科研业务费项目 (2020TD77);中国水产科学研究院南海水产研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助 (2021SD10)
详细信息
    作者简介:

    吴元紧 (1996—),男,硕士研究生,研究方向为海洋养殖设施水动力学。E-mail: wuyj911@126.com

    通讯作者:

    黄小华 (1982—),男,硕士,研究员,从事渔业设施工程与装备技术研究。E-mail: huangx-hua@163.com

  • 中图分类号: S 969

Experimental study on mooring force of a single-point mooring fish cage with ship-type truss structure

  • 摘要: 安全高效的大型深海养殖网箱是引领深远海养殖发展的重要设施装备。该研究针对一种船型桁架结构的单点系泊深远海网箱开展了模型比尺为1∶40波浪流水池试验,比较分析了正常工况和失效工况2种不同单点系泊方式下网箱的系泊受力。在此基础上,分别围绕网衣、波浪和水流对网箱系泊受力的影响开展了试验研究。结果表明,相较于正常工况,失效工况的网箱系泊受力大幅增加,对网箱的安全性造成较大影响;在正常工况中,大浪条件网箱的受力随波高增加而增大,波高从12.5 cm增加到17.5 cm,网箱系泊受力增大3倍以上;在波流联合作用下,网箱系泊受力与流速变化呈正相关,与周期变化呈负相关;相较于无网衣,有网衣时网箱受力在纯波条件下增幅达1倍以上,波流联合作用下增幅为30%~60%。研究结果可为今后船型桁架结构网箱的系泊方案设计及海上安装提供理论依据和数据支撑。
  • 图  1  船型桁架结构深海养殖网箱设计示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of design of deep-sea aquaculture cage with ship-type truss structure

    图  2  模型试验布置图

    Figure  2.  Layout of model test

    图  3  2种系泊方式示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of two mooring modes

    图  4  不同系泊方式下网箱随波高、周期变化受力曲线

    Figure  4.  Stress curves of net cage with wave height and period under different mooring modes

    图  5  大浪条件下网箱系泊受力变化

    Figure  5.  Change in mooring force under high waves

    图  6  波流联合作用下网箱系泊受力变化

    Figure  6.  Mooring force changes under wave-current condition

    表  1  网箱结构主要参数

    Table  1.   Main parameters of cage

    组件
    Component
    参数
    Parameter
    模型值
    Model value
    原型值
    Prototype value
    桁架
    Truss
    长度 Length/m 2.55 102.2
    宽度 Width/m 0.88 35.1
    型深 Height/m 0.225 9
    吃水 Draft/m 0.205 8.2
    质量 Mass/kg 8.17 523.4×103
    网衣
    Netting
    高度 Height/m 0.225 9
    网目 Mesh size/mm 45 45
    目脚直径
    Twine diameter/mm
    2 2
    材料 Material PE PE
    锚链
    Anchor chain
    长度 Length/m 2.25 90
    单位质量
    Mass/(g∙m–1)
    52.6 84.18×103
    材料 Material 304不锈钢链条 AM3级锚链钢
    浮体
    Buoyant hull
    高度 Height/m 0.43和0.44 17和17.5
    形状 Shape 八棱柱组合体 八棱柱组合体
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    表  2  试验波浪参数

    Table  2.   Wave parameters in physical model test

    波流要素
    Wave-stream
    element
    原型工况
    Full-scale
    condition
    模型工况
    Model-scale
    condition
    波高 Wave height 3 m 7.5 cm
    4 m 10.0 cm
    5 m 12.5 cm
    6 m 15.0 cm
    7 m 17.5 cm
    周期 Wave period/s 9 1.4
    11 1.7
    13 2.1
    流速 Current velocity/(m∙s–1) 0.6 9.5
    0.9 14.2
    1.2 19.0
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    表  3  单侧失效后网箱受力变化

    Table  3.   Force change of cages after unilateral failure

    周期1.4 s Wave period 1.4 s周期1.7 s Wave period 1.7 s
    波高
    7.5 cm
    波高
    10 cm
    波高
    12.5 cm
    波高
    15 cm
    波高
    7.5 cm
    波高
    10 cm
    波高
    12.5 cm
    波高
    15 cm
    增幅 Amplification/% 68.20 31.90 62.60 49.90 75.40 34.40 17.60 16.10
    增量 Increment/N 0.58 0.9 4.91 9.68 0.49 0.86 1.24 2.48
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    表  4  网箱有、无网衣时在纯波作用下的受力

    Table  4.   Force of net cage with or without netting under pure wave action

    序号
    No.
    波况
    Wave condition
    系泊力
    Mooring force/N
    无网衣
    Non-netting
    有网衣
    Netting
    1T=1.4 s, H=12.5 cm3.297.84
    2T=1.4 s, H=15.0 cm5.4719.4
    3T=1.7 s, H=12.5 cm2.987.06
    4T=1.7 s, H=15.0 cm5.9415.42
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    表  5  网箱有、无网衣时在波流联合作用下的受力

    Table  5.   Force of net cage with or without netting under combined action of wave and current

    序号
    No.
    波流工况
    Wave-current condition
    系泊力
    Mooring force/N
    无网衣
    Non-netting
    有网衣
    Netting
    5v=9.5 cm∙s–1, H=12.5 cm16.0923.22
    6v =9.5 cm∙s–1, H=15.0 cm19.1430.79
    7v =14.2 cm∙s–1, H=12.5 cm34.7244.62
    8v =14.2 cm∙s–1, H=15.0 cm42.1356.08
    注:波流试验中,规则波周期为T=1.4 s Note: Regular wave period T=1.4 s in wave-current test
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  • [1] 宋瑞银, 周敏珑, 李越, 等. 深海网箱养殖装备关键技术研究进展[J]. 机械工程师, 2015(10): 134-138. doi: 10.3969/j.issn.1002-2333.2015.10.060
    [2] 宋协法, 万荣, 黄文强. 深海抗风浪网箱锚泊系统的设计[J]. 青岛海洋大学学报 (自然科学版), 2003, 33(6): 881-885.
    [3] HOU H M, DONG G H, XU T J, et al. System reliability evaluation of mooring system for fish cage under ultimate limit state[J]. Ocean Eng, 2019, 172: 422-433. doi: 10.1016/j.oceaneng.2018.12.020
    [4] HOU H M, DONG G H, XU T J. Analysis of probabilistic fatigue damage of mooring system for offshore fish cage considering long-term stochastic wave conditions[J]. Ships Offshore Struct, 2020(4): 1-12.
    [5] CELIKKOL B, BALDWIN K, STEEN R, et al. Open ocean aquaculture engineering: mooring & net pen deployment[J]. Mar Tech Soc, 2000, 34(1): 53-58. doi: 10.4031/MTSJ.34.1.6
    [6] GOUDEY C A, LOVERICH G, KITE-POWELL H, et al. Mitigating the environmental effects of mariculture through single-point moorings (SPMs) and drifting cages[J]. ICES J Mar Sci, 2001, 58(2): 497-503.
    [7] FREDRIKSSON D W, DECEW J C, TSUKROV I, et al. Development of large fish farm numerical modeling techniques with in situ mooring tension comparisons[J]. Aquacult Eng, 2007, 36(2): 137-148. doi: 10.1016/j.aquaeng.2006.10.001
    [8] 佚名. 中集来福士将建全球最大最先进深水养殖工船[J]. 船舶工程, 2018, 40(2): 78.
    [9] LI L, JIANG Z Y, ONG M C, et al. Design optimization of mooring system: an application to a vessel-shaped offshore fish farm[J]. Eng Struct, 2019, 197: 1-15.
    [10] XU Z, QIN H D. Fluid-structure interactions of cage-based aquaculture: from structures to organisms[J]. Ocean Eng, 2020, 217: 107961. doi: 10.1016/j.oceaneng.2020.107961
    [11] HUANG C C, TANG H J, WANG B S, et al. Numerical simulation and field study of a single-point-mooring marine cage[C]//Proceedings of the 16th International Offshore and Polar Engineering Conference. San Francisco, California: The International Society of Offshore and Polar Engineers, 2006: 292-296.
    [12] HUANG C C, TANG H J, PAN J Y. Numerical modeling of a single-point mooring cage with a frontal rigid frame[J]. IEEE J Ocean Eng, 2009, 34(2): 113-122. doi: 10.1109/JOE.2009.2015167
    [13] HUANG C C, PAN J Y. Mooring line fatigue: a risk analysis for an SPM cage system[J]. Aquacult Eng, 2010, 42(1): 8-16. doi: 10.1016/j.aquaeng.2009.09.002
    [14] XU T J, DONG G H, LI Y C, et al. Numerical study of a self-submersible single-point mooring gravity cage in combined wave-current flow[J]. Appl Ocean Res, 2014, 48: 66-79. doi: 10.1016/j.apor.2014.07.014
    [15] XU T J, DONG G H, ZHAO Y P, et al. Analysis of hydrodynamic behaviors of gravity net cage in irregular waves[J]. Ocean Eng, 2011, 38(13): 1545-1554. doi: 10.1016/j.oceaneng.2011.07.019
    [16] XU T J, DONG G H, ZHAO Y P, et al. Numerical investigation of the hydrodynamic behaviors of multiple net cages in waves[J]. Aquacult Eng, 2012, 48: 6-18. doi: 10.1016/j.aquaeng.2011.12.003
    [17] XU T J, ZHAO Y P, DONG G H, et al. Analysis of hydrodynamic behaviors of multiple net cages in combined wave-current flow[J]. J Fluids Struct, 2013, 39: 222-236. doi: 10.1016/j.jfluidstructs.2013.02.011
    [18] HUANG X H, LIU H Y, HU Y, et al. Hydrodynamic performance of a semi-submersible offshore fish farm with a single point mooring system in pure waves and current[J]. Aquacult Eng, 2020, 90: 1-9.
    [19] 谢璇. 波浪试验中渔网模型相似准则的分析与探讨[D]. 大连: 大连理工大学, 2016: 5-20.
    [20] 桂福坤, 李玉成, 张怀慧. 网衣受力试验的模型相似条件[J]. 中国海洋平台, 2002(5): 23-26.
    [21] 李玉成, 桂福坤, 张怀慧, 等. 深水养殖网箱试验中网衣相似准则的应用[J]. 中国水产科学, 2005, 12(2): 179-187. doi: 10.3321/j.issn:1005-8737.2005.02.012
    [22] COLBOURNE D B, ALLEN J H. Observations on motions and loads in aquaculture cages from full scale and model scale measurements[J]. Aquacult Eng, 2001, 24(2): 129-148. doi: 10.1016/S0144-8609(00)00069-8
    [23] CIFUENTES C, KIM M H. Hydrodynamic response of a cage system under waves and currents using a Morison-force model[J]. Ocean Eng, 2017, 141: 283-294. doi: 10.1016/j.oceaneng.2017.06.055
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-13
  • 修回日期:  2021-05-25
  • 录用日期:  2021-05-28
  • 网络出版日期:  2021-06-01

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