南方水产科学

作者：刘泰金, 王银涛, 郭晓宇

关键词：养殖工船, 养殖舱, 晃荡, 排水涡, 数值模拟

大型深远海养殖工船载有循环水养殖舱，其内部会形成绕垂向中心轴旋转的排水涡 (称为“澡盆涡”)。在真实海况作用下，船载养殖舱产生晃荡，而液舱晃荡对澡盆涡流场的影响不明，很可能会破坏流场中的速度分布。由于流场速度分布直接影响鱼类的生长环境质量，因此液舱晃荡与排水涡流场耦合产生的流场特性，尤其是其流场结构特征与湍流统计特性亟待探究。采用数值模拟方法，考察了横摇运动对养殖舱流场特性的影响。通过比较3种工况 (静止水循环养殖舱、仅晃荡养殖舱及晃荡水循环养殖舱) 的流场特性，揭示了漩涡流场与晃荡的耦合作用，包括中心涡结构的扭转、速度场的不对称性和螺旋状表面波的产生。基于不同周期和振幅的晃荡工况模拟，研究发现：1) 在小振幅工况下一定频率范围内，晃荡影响随频率的增加而增强；2) 在长周期工况下，晃荡影响随幅角的增大而增强。这种动态响应的特性最终引发涡结构的破坏。除小振幅长周期激励的一般海况外，进一步考察了高频率/大振幅激励的极端海况，通过平均速度和湍流统计参数等分析，揭示了在这2种晃荡工况下的旋涡破坏机制差异：当晃荡频率接近养殖舱固有频率时，晃荡-水循环强耦合导致液面出现剧烈破碎和翻卷现象，并伴随流动形态从单向波向回旋波发展的趋势；而在大振幅长周期激励下，当晃荡的幅角增大到一定程度时，晃荡逐渐占据流动的主要因素，漩涡流动被破坏，但不存在回旋波趋势或自由面破碎。

来源：2025年第3期

《南方水产科学》期刊编辑部

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