南极磷虾捕捞加工船利用现状及趋势分析

南极磷虾广泛分布于南极水域,资源储量非常丰富,是全球海洋中最大的单种可捕生物资源。文章梳理了全球南极磷虾捕捞加工船运行情况,剖析了主要国家南极磷虾开发利用及捕捞加工船的发展现状,选取了“福荣海”和“南极耐力”,对我国南极磷虾捕捞加工船与挪威渔船进行了对比分析,指出中国南极磷虾捕捞加工船的发展还存在专业化程度不高、生产模式存在问题且传统渔船捕捞方式有待改进以及船载加工技术有待进一步提高的问题。基于此,研究认为在未来中国应推进转型升级,形成新型南极磷虾捕捞加工渔船体系;强化产业素质,不断提升捕捞渔船渔具装备水平;完善加工环节,突破船载加工技术“瓶颈”,以期通过该研究能够对中国南极磷虾捕捞行业的发展提供帮助。     

利用CFD技术对养殖工船养鱼水舱温度场和流场模拟及验证

为给养殖对象提供适宜生长条件,本文探究了冷水团养殖工船养鱼水舱水体温度、舱底流态与进水流速的关系。利用CFD(Computational fluid dynamics)技术模拟养鱼水舱的传热和流态,设计水舱保温方案,确定最佳进水流速,通过理论计算分析水舱保温效果。研究表明:在无保温层情况下,养殖水体温度与进水流速呈现函数关系:y=-1.75lnx+293.25,外界环境对舱内水体温度影响较大;保温层厚度为30和50mm时,两者均有良好的保温效果。流态模拟表明,该进排水条件下,池中心存在一定规模死水区,最小进水流量为76.3m3/h,此时池底水体旋转速度为17.2cm/s。经分析,可采用硬质聚氨酯泡沫作为水舱保温材料,玻璃钢内衬作为养殖舱壁。理论计算表明设计的保温方案可长时间满足养殖对象对水温的需求,但在高温时段舱盖板应及时关闭。通过温度场和流场数值模拟验证,模拟值与实测值对比,温度误差小于9.1%,速度模拟值和实验值可较好吻合。研究结果表明,所选湍流模型能对养鱼水舱温度场和流场准确模拟,外界温差13℃条件下,养鱼水舱保温层厚度为30mm,设计的保温方案具有良好保温效果,养殖水体水力停留时间应小于1.9h。     

基于GAM和GWR模型分析环境因子对南极磷虾资源分布的非线性和非静态性影响

分析南极磷虾分布与环境因子的非线性和空间非静态性关系,对南极磷虾的高效捕捞和管理具有重要意义。本研究基于“龙腾”船2015、2016年在南设得兰群岛捕捞作业的渔捞日志数据,应用广义加模型(Generalized additive model,GAM)和地理权重回归模型(Geographical weighted regression,GWR)探究南极磷虾(Euphausia superba)渔场分布与环境因子的非线性和空间非静态性关系,并比较这2种模型的模拟性能,为南极磷虾的渔场渔情预报、资源评估和渔业管理提供基础数据。GAM模型结果显示,2015、2016年单位捕捞努力量渔获量(Catch per unit effort,CPUE)与作业水深均呈显著负相关关系(P<0.01),表明在作业水深范围内,南极磷虾在较浅水域集群密度较高;2015年CPUE与表层水温呈显著正相关关系(P<0.01),但在2016年呈显著负相关关系(P<0.01),推测是由于2年调查作业位置不同所致;CPUE与离岸距离关系不显著(P≥0.05)。GWR模型结果显示,作业水深对CPUE的影响无显著的空间变化(P>0.05);海水表温和离岸距离对CPUE的影响具显著的空间变化(P<0.01),表明这2个因子对南极磷虾渔场分布的影响在空间上不连续,存在显著空间非静态性。GAM模型可用于研究资源分布与驱动因子的一般规律;GWR模型作为全局回归模型的有效补充,可用于探究一般规律不适合的特殊区域,便于发现资源分布的“热点”区域,未来在海洋生物资源分布研究中将有广阔的应用前景。     

无人船FLUENT阻力模拟与试验验证

无人船作为一种新型的海上观测平台,其航行阻力性能研究非常重要。针对无人船复杂的船体结构,提出一种基于FLUENT软件的无人船阻力数值模拟方法。使用标准k-ε湍流模型和VOF方法,分别对无人船浮体及其附属物进行周围粘性流场的数值模拟。在不同傅汝德数条件下,计算得到双体船浮体的粘性阻力系数,并与经验公式计算结果相比较,结果一致性较好。进一步考虑无人船的附属物阻力,计算了无人船总阻力,经与湖试试验值比较,吻合较好。研究结果证明了该方法用于无人船阻力计算的适用性。另外,结合仿真数据,还对无人船阻力主要来源作了简要分析,可为无人船结构优化设计提供参考。     

冰藻对南大洋大西洋扇区南极磷虾越冬期间碳源的贡献

南极磷虾是南大洋生态系统的关键物种, 种群聚集在南大洋的大西洋扇区。海冰在南极磷虾生活史中起着重要作用, 海冰及其冰下环境为磷虾越冬提供了避难场所, 但海冰是否为磷虾越冬提供了重要的饵料存在一定的争议, 对此问题的解决需要量化源于海冰的冰藻对南极磷虾越冬期间饵料及碳源的贡献。基于2020年冬季(3~8月)于南大洋大西洋扇区48.1亚区(布兰斯菲尔德海峡周边区域)和48.3亚区(南乔治亚岛周边海域)采集的磷虾样品, 通过两种高支链类异戊二烯化合物(IPSO₂₅和HBI III)分别作为源于海冰的冰藻和源于水体浮游植物的生物标志物, 对两个区域冬季磷虾对冰藻和浮游植物的依赖进行研究。结果显示, 处于较高纬度、海冰密集度较高的48.1亚区的南极磷虾体内含有更高的IPSO₂₅, 而处于开阔水域48.3亚区的磷虾体内有更高比例的HBI III, 另外48.3亚区磷虾的δ¹³C和δ¹⁵N稳定同位素显著高于48.1亚区的磷虾。48.1亚区南极磷虾越冬期间对浮游植物和冰藻的依赖与体长相关, 其中体长相对较短的早期成体呈现更高的依赖性, 同时该区域磷虾对冰藻的摄食提高了其营养级地位。48.3区南极磷虾越冬期间两种类异戊二烯含量与δ¹⁵N稳定同位素数值呈负相关关系, 表明该区域南极磷虾在初级生产匮乏时会摄食动物性饵料。若未来南大洋大西洋扇区海冰持续减少, 这将对整个磷虾种群、磷虾渔业的可持续发展和区域生态系统的稳定性产生威胁。     

南极磷虾富氟异常的原因及机理

通过对南极磷虾(Euphausia superba)体内及其甲壳中氟含量变化特征的分析,对南极磷虾富氟异常的原因进行了研究.结合其他有关资料,本文还对南极磷虾富氟的来源及机制进行了探讨.研究结果表明:(1)南极磷虾甲壳对氟具有再吸收的功能和作用,其对氟的富集存在着与生命活动无失的机理.南极磷虾的甲壳作为对氟具有特殊吸附功能的无机介质是其富氟的重要原因;(2)氟的富集来自海水,且可能是以离子交换吸附的方式进行.这一作用主要是通过氟与钙、磷的结合而体现.     

核电站冷却废水放射性及热量的稀释计算

本文采用二维非恒定水流方程组和对流-扩散方程,配以相应的定解条件,模拟核电站冷却废水的放射性及热量在大范围水域中的稀释过程,用二维特征理论和偏心差分格式求解。按设计部门要求,本文同时用三种大小不同的网格进行流场、浓度场及温度场的计算。其中流场得到了实测资料的较好验证,温度场的结果也与1∶100的正态物理模型结果十分相近。     

潜艇指挥台围壳对阻力和伴流场影响数值研究

采用Reynolds平均Navier-Stokes(RANS)方法计算潜艇三维粘性流场,分析潜艇指挥台围壳对潜艇水动力性能的影响.采用全附体SUBOFF模型验证了CFD方法,通过将螺旋桨盘面处的实效伴流场、艇体表面压力分布以及模型总阻力的模拟结果与Taylor船池的实验结果进行对比.比较结果显示CFD计算结果与实验数据具有很好的一致性,表明CFD方法可以用于潜艇指挥台围壳设计的水动力计算.通过数值计算研究指挥台围壳的高度和在艇上的分布位置对其后方的流场、螺旋桨盘面处的伴流场和阻力的影响.     

基于无网格MPS方法数值分析方舱破舱进水问题

采用移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit,简称MPS)对自由漂浮二维方舱的破舱瞬时进水过程进行数值模拟。首先,采用基于GPU平台自主开发的MPS软件模拟破舱进水问题,并与其他方法得到的数值模拟结果进行对比验证。然后,对该二维方舱的各种模型进行了数值模拟,其中开孔位于不同位置以表示舷侧不同高度下的损坏。此外,还研究了不同类型的挡板对破舱进水后方舱稳定性的影响。结果表明损坏的孔洞和内部挡板会影响损坏舱段的运动特性,开孔距静水面的距离越大引起舱段的横摇等运动幅度越大,垂直挡板比水平挡板对舱内洪水的影响更大。     

基于流-固耦合的不同外形抗拖网海床基外部流场分析

本文采用计算流体动力学方法(CFD),在考虑耦合场的条件下对2种不同形状的抗拖网海床基外部流场进行了流固耦合分析。根据抗拖网海床基的外形结构,建立了抗拖网海床基流体动力学分析模型,利用ICEM CFD对其进行前处理,并利用动网格技术对模拟区域的边界条件进行了设置。根据流固2种不同耦合方式的介绍及模拟对比分析,选择了单向流固耦合方式。对两种抗拖网海床基的外部速度场以及压力进行分析研究,抗拖网海床基外部流场的数值模拟可以为进一步开展抗拖网海床基结构优化设计提供参考。     

ATOVS亮温资料同化在台风数值模拟中的应用

利用三维变分同化技术,通过将ATOVS(Advanced TIROS-N Operational Vertical Sounder)(包括AMSUA和AMSUB微波辐射探测器及高分辨率红外辐射探测器HIRS)亮度温度资料直接同化进中尺度数值预报模式WRF中,以提高模式对台风路径的模拟精度。针对两个台风个例鲇鱼(2010)和纳沙(2011)进行了同化试验,结果表明:1)同化卫星亮温资料能够改善台风初始场结构(大气流场、温度场和水汽场),进而提高对台风路径的模拟精度;2)不同资料的同化效果不一样,同化AMSUA资料对台风的路径模拟有较明显的改善效果,而同化HIRS3资料和AMSUB资料则无明显改善效果;3)卫星资料同化对于改变环境引导气流有较大作用,可以通过影响副高的强弱和位置改变环境气流场,从而影响台风的路径。     

CFD数值分析三体船片体位置对阻力及兴波干扰影响

三体船的水动力性能是目前水动力学研究的热门。对于中高速三体船来说,其静水阻力的很大一部分由兴波阻力构成,而对于兴波最大的影响因素就是片体位置的布局。以一艘圆舭型三体船为研究对象,运用黏流计算流体力学(CFD)方法模拟分析4种不同片体位置对三体船静水阻力和兴波干扰的影响。数值计算采用自主研发的黏流CFD求解器naoe-FOAM-SJTU。数值预报得到三体船静水阻力结果与模型试验结果吻合较好,验证了当前CFD方法预报三体船阻力的可靠性。通过不同片体位置三体船阻力计算发现,方案4的船型方案阻力最优,且通过细节的主片体间兴波干扰流场的结果给出了不同片体布置方案对三体船阻力和兴波的影响。     

黄骅电厂二期工程温排水排放方案优选

在利用分步杂交有限元方法建立渤海湾潮流场的基础上,通过数值模拟的方法建立黄骅电厂温排水海域的温度场,对不同温排水设计方案进行了预测分析。设计方案充分考虑了排放口位置、排水量和温升对海域环境造成的影响,设计了一、二期工程排放口分建和合建时的五种方案。预测结果的对比分析显示,方案V(一、二期工程温排水集中由2排放)是最佳方案。     

海底管线上波浪力的大涡模拟及三步有限元数值模拟

应用三步有限元法结合大涡模拟方法(LES)离散非定常不可压流动的Navier-Stokes方程,模拟了波浪场中海底管线周围流场及其受力情况,并把数值模拟的结果与物理实验的实测结果进行了比较,两者符合较好。为了检验三维效应的影响,同时进行了二维和三维流场的数值模拟。     

最优插值法在东海赤潮高发区赤潮生消过程数值模拟中的应用

将最优插值法与赤潮数值模型相结合,针对时空分辨率不统一的卫星遥感数据及海洋常规调查数据,进行了东海赤潮高发区海表温度场及海表营养盐浓度场的数据同化研究,并在此基础上进行了该海区春季赤潮过程的数值模拟研究。数据同化结果显示,最优插值数据同化方法不仅在一定程度上修正了海表温度场模拟结果的误差,尤其体现在对赤潮藻的生长影响较大的温度区段18—20℃等值线的南移,而且较为明显地优化了研究海域海表营养盐浓度场,使模拟结果更加接近观测值。对比赤潮过程数值模拟结果发现,在未加同化情况下,海区赤潮藻并未形成大规模赤潮,并且消散较快;而在加入同化后,研究海域交替出现了硅藻及甲藻的大范围赤潮,赤潮生消过程与现场调查数据分析结果较为一致。耦合了最优插值数据同化方法的赤潮数值模型,由于具有改进海洋环境背景场的优势,因此可以在赤潮预报预警工作中得到较好应用。     

三维复杂结构Spar平台垂荡板垂荡水动力性能研究

对三维复杂结构Spar平台垂荡板进行垂荡运动的数值模拟,并对垂荡板附近流场及水动力系数进行对比分析。结果表明:在主板尺寸相同情况下,主板边缘附近较小的角钢结构会对垂荡板流场产生明显影响,并导致水动力性能的较大差距;水动力系数计算结果与流场分析的结论一致。虽然复杂板架结构的三维建模及网格划分难度很大,但是在Spar平台垂荡板工程设计中不能完全采用简化光滑平板代替真实、复杂结构形式的垂荡板进行水动力性能的计算。     

水下节流阀砂粒冲蚀数值模拟研究

在海洋油气开发中,水下节流阀作为水下生产系统的重要组成部分,用于调节生产单元的流量,冲蚀是其主要失效因素之一,因此研究水下节流阀冲蚀失效的影响机理尤为重要。以某笼套式角型水下节流阀为研究对象,建立了水下节流阀的三维流体域模型,采用ANSYS Fluent的标准k-ε湍流模型、DPM离散相模型和Generic冲蚀模型进行了不同开度下的流场数值模拟计算和冲蚀分析,研究了流场环境参数对冲蚀的影响。对水下节流阀流场数值模拟结果进行分析,得到了水下节流阀流场内流速、压力的分布规律。对不同开度下水下节流阀的冲蚀数值模拟结果进行分析,发现节流孔处是冲蚀最为严重区域,得到了冲蚀率随开度的变化曲线。对不同流场环境参数下水下节流阀的冲蚀数值模拟结果进行分析,得到了最大冲蚀率和最大冲蚀深度随流场环境参数的变化规律。根据数值模拟的分析及结论可以对水下节流阀结构进行改进,并在油气生产中对流场环境参数进行控制,提高海洋油气开发的经济效益。     

深水海洋立管涡激振动试验流场设计及CFD数值模拟

针对阶段流作用下的大长细比海洋立管涡激振动试验所需的外流条件,根据实验室的基本情况,对试验流场进行了设计改造和数值模拟。根据数值模拟的结果,选定了试验流场的改造方案,并对改造后测得的试验数据和数值模拟的结果进行了对比分析。结果表明:在低流速时,模拟结果与试验流速吻合较好;在高流速时,数值模拟结果比试验流速略大。在误差允许的范围内,可以得到均匀分布的流场。     

基岩海岸围填海工程后的流场变化

对舟山岑港北侧基岩海岸围填海工程前(2006年)、后(2008年)水文测验资料进行对比分析,得到该工程所在海域潮流场变化的初步结果.用数值试验的方法进行数值模拟,预测围填海工程对周边海域流场的影响,并对流场预测结果的可靠性进行了分析和讨论,结果表明:(1) 利用数值模拟方法对海岸围填海工程后潮流场的预测结果基本上能如实反映实际工程后的潮流场变化情况;(2) 围填海工程对潮流场的影响范围主要集中在围填海堤的前沿,围堤附近的流速减小,在离围堤一定距离的小范围海域,流速增大,随着离围堤距离的增大,围填海工程对潮流场的影响逐渐减弱;(3) 为全面反映工程海域的潮流场状况,应合理布设水文观测点的断面分布,这对模拟工程所在海域的流场将起重要作用.     

遗传算法在多向随机波浪反射分析中的应用

通过数值模拟方法研究了遗传算法在分析多向入、反射波浪共存场中入射波浪的方向分布、波浪的反射系数和反射面位置的应用.对入射波浪的方向分布、波浪的反射系数和反射面位置通过遗传优化模拟和理论互谱的差别组成适应函数来确定.数值模拟结果表明,在多向入、反射波浪场中遗传算法能够精确地分离入、反射波浪,而且不需要预先确定反射面位置,因此遗传算法能够很好地被应用于分析多向随机波浪从斜坡堤等反射面位置不明确的建筑物的反射问题.