镂空型人工鱼礁流场效应及营养盐输运的数值模拟研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M120306656上海海洋大学硕士学位论文镂空型人工鱼礁流场效应及营养盐题目：输运的数值模拟研究NumericalSimulationonFeaturesofFlowFieldandTransportofNutrientAround英文题目：HollowArtificialReefs专业：环境科学与工程研究方向：海洋环境监测与评价姓名：肖荣指导教师：杨红二O一五年六月上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注主席委员委员委员委员委员委员秘书答辩地点答辩日期上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风

2、。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保

3、密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文镂空型人工鱼礁流场效应及营养盐输运的数值模拟研究摘要人工鱼礁是指由一个或多个人造或自然构筑物组成，有计划、有目的地投放于特定海域，用于改善海域生物资源环境，是海洋牧场工程建设不可或缺的部分。类似于其他海洋构筑物，人工鱼礁受海域水文环境影响，鱼礁周围流场效应与礁体固有水动力学性能密切相关。目前关于人工鱼礁的研究主要涉及生物和非生物因子、生产力、动植物区系时空变化、三大效益、选址及布局、休闲渔业、增殖资源等角度进行研究。随着计算流体动力学（CFD）的日益

4、发展与应用，它逐渐用于探究人工鱼礁周围的非定常、不稳定钝体绕流问题，以找到该类问题的数值解。本论文主要以2种不同类型镂空人工鱼礁为研究对象，基于CFD理论及Fluent软件，运用三维湍流模拟技术对鱼礁的流场效应进行了数值模拟，得到了鱼礁水平断面及垂直断面的流场（流速）分布情况，揭示了人工鱼礁内部及周围的流场结构；并将数值结果与经典鱼礁数值实验及模型试验结果进行对比分析，结果具有较好的吻合性。首先，应用Fluent软件对单体中空结构梯形台鱼礁和中空结构方型鱼礁在非定常流作用下的三维流场进行了数值模拟试验，得出：梯形台鱼礁和方型鱼礁上升流区最大高度为礁高的2.12~2.22倍，上升流

5、区最大速度约为来流速度的0.58~0.67倍，上升流区平均速度约为来流速度的0.17~0.19倍；梯形台鱼礁和方型鱼礁背涡流区最大长度为礁高的5.28~9.04倍，背涡流区最大宽度为礁宽的1.40~1.75倍，背涡流区平均速度约为来流速度的0.35~0.36倍。其次，数值模拟了非定常流作用下不同类型多鱼礁组合的三维流场，得出：梯形台鱼礁形成的上升流规模比方型鱼礁形成的上升流规模要小，且上升流强度梯形鱼礁要小于方型鱼礁；梯形台鱼礁形成的背涡流规模比方型鱼礁形成的背涡流规模要小，且梯形台鱼礁背涡流平均流速大于方型鱼礁背涡流平均流速。从流场调控效果来看，在相同模拟工况下，选择中空结构方

6、型鱼礁比梯形台鱼礁能够更好地发挥鱼礁的环境资源修复功能。再次，运用大涡模拟紊流模式研究了非定常流作用下中空结构梯形台鱼礁和中空结构方型鱼礁在不同布设间距下的流场分布情况，得出：在一定布设间距范围内，两类礁体迎流面产生的上升流规模和强度随布设间距的增加先增后减，在-1-上海海洋大学硕士学位论文布设间距L=5m时，两类鱼礁产生的上升流的规模和强度都达到最大值；随着布设间距的增大，背涡流长度、宽度均呈增大趋势，当礁体间距增加到L=7m时，其背涡流影响面积达到最大，但其涡流强度较布设间距L=5m时有所减弱。当布设间距L=5m时鱼礁能发挥最佳的流场调控作用，且方型鱼礁比梯形台鱼礁能够实现更

7、好的生态调控作用，进一步佐证了之前的研究。然后，根据2012~2013年对霞浦人工鱼礁海域调查所获得的实验数据及对礁区投放的三类不同结构单位鱼礁组合三维流场的数值模拟，估算了诸营养盐垂直输3--2-送通量，得出：梯形台鱼礁区PO4-P、NO3-N、SiO3-Si的平均垂直通量分别为241.62223--mg/(m∙d)、1257.7mg/(m∙d)、4445.8mg/(m∙d)；方型鱼礁区PO4-P、NO3-N、2-222SiO3-Si的平均垂直通量分别为438.3mg/(m∙d