配重系统对HDPE圆形重力式网箱水动力特性影响研究.pdf

第 51 卷第 1 期渔 业 现 代 化Vol.51 No.12024 年 2 月FISHERY MODERNIZATIONFeb.2024DOI:10.3969/j.issn.1007-9580.2024.01.004收稿日期:2023-11-03基金项目:山东省重点研发计划“深远海设施渔业科技示范工程(2021SFGCO701)”;青岛市科技计划“集群式深远海养殖渔场一体化构建技术与集成示范(23-1-3-hysf-2-hy)”作者简介:王笑(1997),男,硕士研究生,研究方向:养殖网箱水动力学特性等研究。E-mail:wangxiao8000 通信作者:黄六一(1970),男,博士,教授,研究方向:设施渔业工程结构设计及水动力学等研究。E-mail:huangly 配重系统对 HDPE 圆形重力式网箱水动力特性影响研究王 笑,黄六一,邬骞力,尤鑫星(中国海洋大学水产学院,山东 青岛 266003)摘要:重力式网箱在强水流作用下的容积保持率关系到养殖鱼类健康生长,而网箱不同配重系统与其容积保持率、网箱阻力息息相关。为探究不同配重系统对网箱水动力特性的影响,本研究采用田内准则,通过模型试验研究了周长 40 m 的 HDPE 圆形重力式网箱在 4 种不同配重系统下其容积保持率、网箱阻力与流速之间的关系。结果显示:随着流速和配重量的增加,4 种配重类型下网箱箱体的阻力均逐渐增大,并且阻力与流速之间呈现幂函数关系;与采用沉子配重的箱体相比,采用铁链配重的网箱在配重总量逐渐增加时,其阻力变化不大;当流速超过 28.3 cm/s 时,“底框+撑网圈+沉子”这种配重组合方式能够实现网箱容积保持率的最大化,在最大试验流速为 70.7 cm/s 以及 3 种不同配重重量条件下,分别能够保持有效容积的 65.96%、69.10%和 71.72%,此外,采用上述配重系统的网箱在特定流速和配重量下,其单位体积阻力最小,表现出最佳性能;经无量纲化处理发现箱体阻力与有效容积之间呈现出显著的负相关性。研究结果为 HDPE 重力式网箱的配重系统设计和应用提供了有益的参考依据。关键词:重力式网箱;配重系统;模型试验;水动力特性;容积损失中图分类号:S953.4 文献标志码:A 文章编号:1007-9580-(2024)01-0029-010 海水养殖是中国水产养殖的重要组成部分,提供了约 1/3 的水产品,对于保障国家粮食安全发挥着重要作用1。近几十年来,由于受到近岸海域环境恶化、空间饱和等因素影响,中国海水养殖不断向深远海发展2-4。其中,深水重力式网箱养殖是深远海养殖的重要养殖模式和发展方向之一,2022 年其产量达 39.33 万 t,同比增长16.64%,在各类养殖方式中增速最快5。2023年 6 月农业农村部等八部委在关于加快推进深远海养殖发展的意见中指出今后一个阶段深远海养殖仍以深水重力式网箱为主。深水重力式网箱通常布设于深远海开放水域,易受到风浪和水流的影响,网箱的安全可靠是确保养殖成功的关键,因此如何提高网箱的耐流性和稳定性已成为重要研究方向之一6-9。配重系统起着限制网衣变形,维持网箱有效养殖容积的作用,是重力式网箱的基本组成部分之一。国内外一些学者对网箱配重系统展开了相关研究:Lader 等10采用物理模型试验方法,设计了 3 种不同配重的柔性圆形网箱,在不同来流速度下测试了这些网箱的受力和网衣变形速度,得出了圆形重力式网箱受力和变形之间的相互关系。李玉成等11设计了 8 种带有不同配重系统的网箱模型并测定了这些模型在不同波流条件下锚绳的受力,发现当配重大小相同的情况下,是否采用底圈会导致锚绳受力存在约 30%的差异,但随着配重量的增加,这一差异呈下降趋势。赵云鹏等12利用集中质量法建立了网衣数值模型,对不同流速、配重大小作用下的重力式网箱网衣所受载荷和变形进行了模拟,并与试验结果进行比较,发现配重大小对两者影响较大。程晖等13利用有限元程序 ANSYS 对“钻石型”重力式网箱进行数值模拟,发现网箱底部添加底框、中部添加撑网圈 后,在 1 m/s 时 网 箱 的 横 向 位 移 减 少37.33%,网箱阻力减少 12.98%。Cheng 等14通过建立有限元模型研究不同的设计参数对于网箱水动力的影响,结果发现增加沉子重量可以减轻网箱变形,有助于维持大流速下的网箱容积,但当渔 业 现 代 化2024 年流速低于 0.2 m/s 时效果不明显。综上可知,目前针对配重系统的研究聚焦于配重量、安装位置等方面,但针对配重类型对网箱水动力特性影响的相关研究较少。目前,使用最广且数量最多的深水网箱类型为 HDPE 圆形重力式网箱,其占据深水网箱总量的 95%以上1。本研究以中国北方常见的周长 40 m 的HDPE 圆形重力式网箱为研究对象,根据田内相似准则,设计并装配了 4 种类型和 3 种大小的配重系统,在循环水槽中开展一系列模型试验,进而对比分析不同的配重系统对于圆形重力式网箱水动力特性的影响,最后参考 Qu 等15提出的方法对不同配重系统进行评价,以期为 HDPE 圆形重力式网箱的配重系统选择和装配提供参考。1 材料与方法1.1 模型网箱试验以周长 40 m 重力式网箱为原型,网箱参数详见表 1。采用田内相似准则16设计模型网,根据现有的试验设备,采用大比例尺为=16,小比例尺为 =2 制作网箱试验模型,参数详见表 2。表 1 实物网箱参数Tab.1 Parameters of prototype cage构件名称部件规格材料材料规格内浮管40 m(P)HDPE250 mm14.80 mm外浮管42.8 m(P)HDPE250 mm14.80 mm浮框系统扶手40 m(P)HDPE110 mm6.70 mm立柱1 m(H)HDPE124 mm11.40 mm连接件0.45 m(L)HDPE320 mm网衣系统网衣40 m(P)7 m(H)PA2a=30 mm;d=2 mm纲索7 m(L)PEd=20 mm配重系统底圈40 m(P)SS40 mm沉子8(Pi)C50 kg/per锚泊系统浮子4(Pi)PE7 000 N/per缆绳35 m(L)PP40 mm浮框绳25 m(L)25 m(L)PE30 mm系框绳11 m(L)PP30 mm注:P 表示周长;L 表示长度;H 表示高度;Pi 表示数量;HDPE 表示高密度聚乙烯;PA 表示尼龙;PE 表示聚乙烯;PP 表示聚丙烯;SS 表示不锈钢;C 表示混凝土;a 表示单个目脚长度;d 表示网线直径;per 表示单个沉子。下同表 2 模型网箱参数Tab.2 Parameters of model cage构件名称部件规格材料材料规格内浮管2.50 m(P)PPR20 mm2.30 mm外浮管2.70 m(P)PPR20 mm2.30 mm扶手管2.50 m(H)PLA7 mm5.00 mm立柱管0.06 m(L)PLA8 mm0.70 mm连接件0.03 m(P)PPR20 mm网衣2.5 m(P)0.44 m(H)PA2a=15 mm;d=1 mm纲索0.44 m(L)PEd=1.50 mm底圈2.5 m(P)SS2.5 mm浮子2(N)PE1.4 N/per缆绳2 m(L)PP3 mm注:PPR 表示聚丙烯;PLA 表示聚丙交酯03第 1 期王笑等:配重系统对 HDPE 圆形重力式网箱水动力特性影响研究 网衣的目脚长度和直径通过随机选取的 10 个位置取均值得出。浮管采用与原型 HDPE 材料性能接近的 PPR 管代替(HDPE 密度为 920960 kg/m3;PPR 密度为 900920 kg/m3),由于材料限制,模型使用的管材直径和壁厚与根据准则换算的数值有一定的差异,因此通过在双管间填充泡沫来调整浮管提供的浮力与理论计算结果一致。与原型网箱结构类似,侧网衣等间距装配 16 条纲索,为简化模型,取消了底网原有布设的纲索(图 1)。BC图 1 模型试验网箱Fig.1 Physical model cage 1.2 试验仪器与布设试验地点为中国海洋大学水产学院增养殖水动力实验室,试验循环水槽观察段尺寸为 4.0 m(长)1.2 m(宽)1.0 m(深),流速范围为 080 cm/s。网箱入水前系上 25 枚 4 色 LED 灯(3.5 mm17 mm,0.15 g/个),考虑到网箱的对称性,故只于水槽观察方一侧添置。其中绿色、红色、黄色灯纵向等间距分布,横向间隔一条侧纲分布,紫色灯则与底部中心等间距分布。图 2 展示了 LED 灯系附位置及其夜间呈现效果。模型网箱通过两根直径 2 mm,长 2.1 m 的 PP(聚丙烯)缆绳互相平行地连接至固定杆上且缆绳始终保持在水面。在缆绳距离网箱连接点 20 cm 的位置各安装 1 个定制水下拉力计(武汉理工大学流体力学实验室,量程 010 kg,精度0.69%),用于测量网箱的阻力,拉力计上系上浮球以消除其自重的影响。小威龙 Vectrino 点式流速仪(量程 0 2 m/s,精度0.5%)放置于网箱前1.5 m 处,用于获取水槽实时流速。此外,在水槽下方和侧方各放置 1 部相机(索尼集团公司,4 000 像素3 000像素,60 帧/s),镜头分别对准模型在水槽初始位置的侧面中心和网底中心。网箱整体布设详见图3。试验过程水温维持在 2223。B-&%C-&%D-&%图 2 LED 灯系附位置及夜间效果图Fig.2 Attached position of the LEDs and the effect pictures of the LEDs in the dark 图 3 试验装置示意图Fig.3 Schematic diagram of experimental setup13渔 业 现 代 化2024 年1.3 配重系统设计及试验工况设置目前中国北方 40 m 周长 HDPE 重力式网箱的配重系统通常采用底框加配重 400 kg,一般采用 8 个 50 kg 沉子,可根据海区的流速配重适当增加。本试验在此基础上,设计采用 A(底框+沉子)、B(底框+铁链)、C(底框+撑网圈+沉子)、D(底框+撑网圈+铁链)4 种配重系统,每种配重系统使用 400 kg、600 kg、800 kg 等 3 种配重。根据田内相似准则换算,模型总配重分别为 781 g、1 172 g、1 562 g。不同配重系统见表 3。表 3 不同配重系统Tab.3 Different weight system配重系统名称配重类型总配重大小示意图A底框+沉子781 g1 172 g1 562 gB底框+铁链781 g1 172 g1 562 gC底框+撑网圈+沉子781 g1 172 g1 562 gD底框+撑网圈+铁链7 81 g1 172 g1 562 g 根据目前中国北方网箱养殖海域的实际海况以及现有试验条件选取实际流速 20100 cm/s,共设置 9 个试验流速,根据模型准则换算对应的试验流速见表 4。表 4 实际流速与对应的试验流速Tab.4 Actual velocity and the corresponding test current velocity实际流速/(cm/s)20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0试验流速/(cm/s)14.1 21.2 28.3 35.4 42.4 49.5 56.6 63.6 70.71.4 试验测量与数据处理1.4.1 试验流速、网箱阻力测量试验使用小威龙 Vectrino 点式流速仪和水下拉力计测量流速和网箱阻力。流速仪单次以 20 Hz 频率采集 20 s 共记录 400 个数据点,其均值作为试验流速。水下拉力计单次以 50 Hz 频率采集20 s 共记录 1 000 个数据点,取其均值作为单次试验阻力大小。为提高数据准确性,每次试验前后对拉力计进行校准。1.4.2 网箱容积保持率计算通过两部相机在水槽下方和侧方分别拍摄系在模型网箱上的标记点(LED 灯)位置,记录网箱的变形,采用 ImageJ 软件提取标记点坐标进而获得网箱的三维形状。网箱的有效容积计算方法参考 Decew 等17:将标记点的三维坐标导入 MATLAB 软件后采用插值法来补充数据,之后将整个网箱划分为 M层,每层都分为 N 块,每一小块又分为 3 个四面体(图 4)。BCDE图 4 标量三积法计算网箱容积示意图Fig.4 Schematic diagram of calculating cage volume by scalar triple product method利 用 标 量 三 积 法(Scalar Triple Product Method)计算得到每个四面体体积,将所有四面体体积求和即可得到网箱的有效容积,公式如下:V=ni=116(a b)c(1)网箱的容积保持率 K 计算如下:K=VAV0(2)式中:VA为某一流速下网箱的有效容积;V0为网箱在静水时的有效容积。23第 1 期王笑等:配重系统对 HDPE 圆形重力式网箱水动力特性影响研究2 结果 2.1 LED 灯对试验的影响为判断 LED 灯对试验结果的影响程度,本研究对网箱在有无装配 LED 灯的情况下进行了对比试验。图 5a 配重为 716 g,网箱在有无 LED 灯情况下,阻力随流速的变化关系。从图中可以观察到,在不同流速下,两者之间的差异较小。最大相对误差百分比出现在流速为 21.2 cm/s 时,为10.93%,而总体平均差异仅为 2.37%。图 5b、c分别展示了在小流速 28.3 cm/s 和大流速 70.7 cm/s 下,网箱的变形情况。在低流速 28.3 cm/s下,X 方向和 Z 方向的最大相对误差百分比分别为 7.77%和 5.16%,而平均相对误差百分比分别为 1.3%和 0.4%。在高流速 70.7 cm/s 下,Z 方向的最大相对误差百分比分别为 10.72%和10.8%,平均相对误差百分比分别为 3.11%和2.73%。综上所述,LED 灯的使用对网箱受力和变形的影响较小,表明后续采用 LED 灯来体现网箱坐标变化的方法可行。B-&%CDNTDDNT-&%T-&%T-&%T-&%T-&%T-&%TXDNXDNU/DNTD/;DN;DN图 5 LED 灯对网箱阻力的影响和不同流速下网箱变形图Fig.5 Influence of LED on the drag of the cage and diagram of cage deformation at different current speed2.2 网箱阻力图 6 为不同配重系统下网箱阻力与不同来流速度的关系图。在各配重系统下,网箱所受阻力均随着流速的增加而迅速增加,阻力与来流速度基本呈现出幂函数关系,其表达式为“D=aUb”(a,b 为系数),具体拟合结果详见表 5。U/DNTD/%$#HHHHHHHHHHHH图 6 不同配重系统下网箱阻力与流速关系Fig.6 Relationship between cage resistance and current velocity under different weight systems表 5 不同配重系统下网箱阻力与流速拟合结果Tab.5 Fitting results of cage force and current velocity under different weight systems类型781 g相关系数 R21 172 g相关系数 R21 562 g相关系数 R2AD=0.02U1.890.99D=0.06U1.705 20.99D=0.09U1.640.99BD=0.06U1.930.99D=0.06U1.667 40.99D=0.10U1.580.99CD=0.01U1.950.98D=0.04U1.778 60.99D=0.07U1.670.99DD=0.10U1.610.99D=0.10U1.622 90.99D=0.09U1.670.9933渔 业 现 代 化2024 年 网箱阻力均随着配重的增加呈现出不同程度的增长且随着流速的增加差异逐渐加大。在最大流速 70.7 cm/s 及 4 种不同配重类型的情况下,配备 1 562 g 的网箱阻力比配备 781 g 的网箱阻力分别高出 20.21%、9.44%、23.68%和 12.29%。相同流速和配重,配备铁链的网箱与配备沉子的网箱所受水阻力相差不大,但配备撑网圈的网箱所受水阻力相对于无撑网圈的网箱更大。2.3 网箱有效容积图 7 为不同配重系统的网箱在不同来流下的形状图。由图可知,不同配重类型下,网箱的变形程度均随着流速的增加而有不同程度增加,且迎流面网衣变形程度大于背流面。网箱底网向后上方发生倾斜,并与来流方向形成了一定的夹角,且夹角随着流速的增加逐渐增大。图 8 为不同配重系统下网箱容积保持率变化。BC#D$E%图 7 不同配重系统的网箱在不同来流下的形状图(配重 781 g)Fig.7 Images of the shape of the net cage model with different weight systems at different incoming current speeds(Bottom weight of 781 g)U/DNTK#$%#$%#$%HHH图 8 不同配重系统下网箱容积保持率与流速的关系Fig.8 Relationship between cage volume retention ratio and current velocity in different weight systems 43第 1 期王笑等:配重系统对 HDPE 圆形重力式网箱水动力特性影响研究 从不同配重大小来看,配重的增加能够有效提升网箱的容积保持率。对于当下使用最为普遍的配重类型 A,当流速达到 70.7 cm/s 时,781 g、1 172 g 和 1 562 g 的 容 积 保 持 率 分 别 达 到52.38%、59.09%和 64.03%。从不同配重类型看,配重类型 C 对于维持网箱容积效果最佳,而装配类型 B 则效果不佳。配重量均为 781 g 时,配重类型 C、D 分别比传统的配重类型 A 高25.91%和 22.83%,而 配 重 类 型 B 比 A 低1.84%。流速为 70.7 cm/s 时,配备 C 类型配重的网箱在 3 种不同配重量下的容积保持率分别比配备 B 类型配重的网箱高出 28.27%、21.76%和21.29%。此外,随着流速的增加,撑网圈的优势逐渐体现,在流速较大时可以更好地维持网箱容积:在 70.7 cm/s 时,配备类型 D 的网箱比传统的配重类型 A 在 781 g、1172 g 和 1562 g 的容积保持率要高出 24.71%、14.61%和 11.55%。通过对网箱容积保持率 K 与流速 U 的拟合可知,二者呈现出逻辑斯蒂曲线变化,表达式为“K=(1-a)/1+exp-b(U-c)”(a、b、c 为系数),拟合结果具体参数见表 6。表 6 不同配重系统下网箱容积保持率与流速拟合结果Tab.6 Fitting results between the rate of cage volume retention and current velocity under different weight systems配重类型配重大小abc相关系数 R27810.470.1134.970.99A1 1720.410.1138.920.991 5620.380.1144.240.997810.490.1127.060.99B1 1720.450.1033.880.991 5620.430.0939.630.997810.340.1130.630.99C1 1720.310.1336.280.991 5620.270.1340.440.997810.360.1029.040.98D1 1720.360.0932.780.981 5620.360.0837.170.982.4 网箱配重系统的评价本研究通过单位体积阻力(同一流速下网箱所受阻力与剩余有效容积之比)的大小对网箱配重系统性能进行评价。由图 9 可知,不同类型配重之间的单位体积阻力随着流速的增加而增加,呈现出幂函数递增的规律,且配重类型之间的差异随着流速的增加而逐渐增大。U/DNT#$%#$%#$%HHH图 9 不同配重系统下网箱单位体积阻力与流速关系Fig.9 Relationship between cage unit volume resistance and current velocity under different weight systems 当流速较小时(小于 28.3 cm/s),配备 4 种配重类型的网箱其单位体积受力均相差不大;在最大流速 70.7 cm/s 时,配备类型 C 的网箱在 3种配重大小下相对最大单位体积阻力分别降低了25.26%、16.16%和 20.40%。在不同工况以及配重大小下,配备类型 D 的网箱单位体积所承受的53渔 业 现 代 化2024 年阻力总体上相对较大而配备类型 C 的网箱单位体积阻力达到最小,因而本研究认为配重类型 C的实际应用效果最佳。3 分析与讨论3.1 网箱阻力网箱阻力直接关系整个系统的安全性,准确计算网箱阻力对网箱的设计和优化至关重要。本研究表明网箱阻力随着配重的增加呈现出不同程度的增长,呈现出幂函数关系,但增加的幅度存在差异。虽然增加配重或撑网圈可提高网箱抗变形能力,减少形变和位移,但也增大了其迎流面积,导致网箱阻力上升。理论上网箱阻力与流速成正比关系,而本研究不同配重系统下阻力与速度的1.58 至 1.95 次方成正比(表 5),与黄六一等18研究结果相似。导致此结果的原因主要有:一方面由于网箱产生的尾流效应导致网箱前后受力不一致19-20,另一方面由于柔性网衣在大流速作用下会产生向来流的后上方漂移,导致局部网衣重叠增大了网衣密实度21。此外,由于箱体网衣采用菱形网目,在浮框和底框的共同作用下,箱体侧面中部网衣产生收缩导致网箱初始形态并非为理想圆柱形(图 1),也是导致该结果的原因之一。3.2 网箱容积保持网箱的耐流特性影响网箱的容积保持率,是学者们关注的重点。区别于框架式网箱,重力式网箱网衣系统通过浮框的浮力和配重系统的重力共同作用来维持养殖鱼群的生活空间,但在水流作用下易发生形变,从而造成网箱有效容积的损失22。由图 7 可知,水流作用下网箱迎流侧网衣发生内凹,而背流侧网衣则略微外凸,底网发生了倾斜,这与 Zhao 等23通过试验观察到的结果一致。为提升网箱耐流特性,一般通过增加悬挂在侧纲上的沉子配重24-25,试验表明这一方式在一定程度上能提升网箱的有效容积,然而增加沉子会导致网箱阻力增加,许智静等26发现增加配重会导致侧网衣的纵向张力增加,在流速较大时有网衣撕裂的风险。另外,有学者对比了沉子配重与底框配重两种方式,结果表明添加底框的网箱在来流方向上的位移更小,容积保持率也更高27-29。安装了撑网圈的网箱在较大流速下的容积保持效果要高于未添加的网箱(图 7),这是因为撑网圈的存在减少了柔性网箱中间部位的变形,这与程晖等13在“钻石型”重力式网箱中的研究结果一致,而在未装配撑网圈的网箱中,悬挂沉子相对于铁链的配重方式容积保持更大,这可能是由于铁链使得网箱整体重心上移造成。3.3 网箱阻力与容积保持之间的关系为更好探究网箱阻力与容积保持的关系,本研究将网箱阻力和有效容积进行无量纲化,再分析两者的关系。具体而言,网箱无量纲阻力 Dn(Normalized Drag Forces)为网箱总阻力与网箱水下所 有 配 重 总 重 量 之 比 值;无 量 纲 体 积 Vn(Normalized Volume)为网箱容积保持率30。图10 展示了最优配重组合(底框+撑网圈+沉子)网箱标准化阻力与标准化容积之间的关系,可以明显观察到标准化阻力与标准化体积在四种配重系统下均呈现出较强的负相关性。采用最小二乘法(Least Squares Method)拟 合 后 结 果 为 Dn=67.74 V2n-132.86 Vn+65.84(R2=0.894 8),利用上述公式计算网箱阻力与实际测量的网箱阻力平均误差为 8.87%。图 10 标准化阻力与标准化网箱容积之间关系Fig.10 Relationship between normalized drag forces and normalized cage deformation of flexible net cage网箱的变形程度与其受到的阻力密切相关,但在实际养殖海域中,受限于海况、测量装置、成本等因素,直接测量网箱阻力存在一定难度。当前,一定数量的深度传感器(Depth Sensors)可用于检测实际海域中网箱的变形,进而计算得到网箱的有效养殖容积变化31,之后可将其代入上式63第 1 期王笑等:配重系统对 HDPE 圆形重力式网箱水动力特性影响研究计算得到网箱阻力,这为实际海域中养殖网箱的设计、维护等提供了新方法。4 结论配重系统是网箱的组成部分之一,对于维持网箱容积具有重要作用。本研究通过模型试验,系统地研究了不同配重系统对圆形重力式网箱水动力特性的影响,结合网箱阻力、容积保持率等参数,对不同配重类型进行评价。研究表明:在各种配重系统下,网箱阻力均随着流速以及配重重量的增加而增大,且阻力与流速之间呈现出明显的幂函数关系;“底框+撑网圈+沉子”这种配重组合方式在一定流速下使得网箱容积保持最大,其单位体积阻力也最小,表现出最优的性能;网箱容积保持率与流速呈现出“逻辑斯蒂曲线”变化关系;将网箱阻力与有效容积无量纲化后发现两者呈现出较强的负相关性,两者存在定量关系,通过拟合得到的经验公式可为预估实际海域中的网箱受力提供了一种新的定量分析方式。参考文献1 黄小华,庞国良,袁太平,等.我国深远海网箱养殖工程与装备技术研究综述J.渔业科学进展,2022,43(6):121-131.2 石建高,余雯雯,卢本才,等.中国深远海网箱的发展现状与展望J.水产学报,2021,45(6):992-1005.3 XU Z,QIN H.Fluid-structure interactions of cage based aquaculture:From structures to organisms J.Ocean Engineering,2020,217(1):107961.4 徐皓,刘晃,徐琰斐.我国深远海养殖发展现状与展望J.中国水产,2021(6):36-39.5 农业农村部渔业渔政管理局,全国水产技术推广总站,中国水产学会.中国渔业统计年鉴M.北京:中国农业出版社,2023.6 CHENG H,LI L,AARS THER K G,et al.Typical hydrodynamic models for aquaculture nets:A comparative study under pure current conditions J.Aquacultural Engineering,2020,90(1):102070.7 刘圣聪,黄六一,倪益,等.水下圆形重力式网箱缆绳张力对波、流的响应特性J.水产学报,2019,43(6):1518-1526.8 郭绍建,徐子沐,叶旭昌,等.基于模型试验的定置底刺网作业形态影响因素研究J.海洋渔业,2023,45(2):214-226.9 曹宇,王宁,叶谦,等.重力式海洋养殖网箱系统受力分布及变形研究J.渔业现代化,2022,49(5):106-114.10LADER P F,ENERHAUG B.Experimental investigation of forces and geometry of a net cage in uniform flowJ.IEEE Journal of Oceanic Engineering,2005,30(1):79-84.11李玉成,毛雨婵,桂福坤.不同配重方式和配重大小对重力式网箱受力的影响J.中国海洋平台,2006(1):6-15.12赵云鹏,李玉成.配重变化对重力式网箱网衣水动力特性影响数值分析(英文)J.大连理工大学学报,2006(增刊 1):198-205.13程晖,黄六一,倪益,等.水流条件下单点系泊不同结构“钻石型”重力式网箱的水动力特性数值模拟J.中国海洋大学学报(自然科学版),2019,49(3):161-17014CHENG H,LI L,ONG M C.Comparative study of five commonly used gravity type fish cages under pure current conditions J.Ocean Engineering,2022,250(395):110977.15QU X,HU F,KUMAZAWA T,et al.Deformation and drag force of model square fish cages in a uniform flow J.Ocean Engineering,2019,171:619-624.16TAUTI M.A Relation between Experiments on Model and on Full Scale of Fishing Net J.NIPPON SUISAN GAKKAISHI,1934,3(4):171-177.17 DECEW J,FREDRIKSSON D W,LADER P F,et al.Field measurements of cage deformation using acoustic sensors J.Aquacultural Engineering,2013,57:114-125.18黄六一,倪益,程晖,等.基于模型试验准则的重力式圆形网箱水动力比较研究J.渔业现代化,2018,45(2):6-12.19王胜通.深海养殖工船网箱流场特性研究D.武汉:华中科技大学,2021.20刘春宏,刘长根,董娇娇,等.基于多孔介质模型的养殖网箱周围流场特性研 究 J.应用力 学学 报,2022,39(1):176-185.21DONG S,YOU X,HU F.Experimental investigation on the fluid-structure interaction of a flexible net cage used to farm Pacific bluefin tuna(Thunnus orientalis)J.Ocean Engineering,2021,226(1):108872.22CHENG H.Development of advanced numerical tools for dynamic analysis of aquaculture structures D.Stavanger:University of Stavanger,2022.23 ZHAO Y,LI Y,DONG G,et al.Numerical simulation of the effects of structure size ratio and mesh type on three-dimensional deformation of the fishing-net gravity cage in current J.Aquacultural Engineering,2007,36(3):285-301.24MOE H,FREDHEIM A,HOPPERSTAD O S.Structural analysis of aquaculture net cages in current J.Journal of Fluids and Structures,2010,26(3):503-516.25张福友.深水重力式网箱配重形式对网衣变形影响的实验研究D.青岛:中国海洋大学,2015.26许智静.重力式网箱水动力性能关键问题研究D.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2021.27 HUANG C,TANG H,LIU J.Dynamical analysis of net cage structures for marine aquaculture:Numerical simulation and model testing J.Aquacultural Engineering,2006,35(3):258-270.28 HUANG C,TANG H,LIU J.Modeling volume deformation in gravity-type cages with distributed bottom weights or a rigid tube-sinker J.Aquacultural Engineering,2007,37(2):144-157.29HUANG C,TANG H,LIU J.Effects of waves and currents on 73渔 业 现 代 化2024 年gravity-type cages in the open sea J.Aquacultural Engineering,2008,38(2):105-116.30MOE-FRE H,LADER P F,LIEN E,et al.Structural response of high solidity net cage models in uniform flow J.Journal of Fluids and Structures,2016,65:180-195.31GANSEL L C,OPPEDAL F,BIRKEVOLD J,et al.Drag forces and deformation of aquaculture cagesFull-scale towing tests in the field J.Aquacultural Engineering,2018,81:46-56.Study on the influence of different weight systems on hydrodynamic characteristics of hdpe circular gravity fish cageWANG Xiao,HUANG Liuyi,WU Qianli,YOU Xinxing(College of Fisheries,Ocean University of China,Qingdao 266003,Shandong,China)Abstract:The preservation of volume within gravity cages,particularly in the face of strong water currents,is intricately linked to the health and growth of farmed fish.Moreover,the distinct weight systems employed in these cages play a pivotal role in shaping both their volume retention rate and resistance against external hydrodynamic forces.To delve into the impact of various weight systems on the hydrodynamic features of net cages,this study employs the Tauti criterion.Model experiments are conducted on