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《浙江海洋大学》 2017年
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管式射流驱动下的养殖池集污水动力学特性研究

赵乐  
【摘要】:工厂化养殖是我国设施渔业的重要领域,是一种现代化、高密度、集约化的养殖模式,在养殖环境污染严重、水资源匮乏的情况下,越来越受到养殖企业的重视并不断发展起来,是目前水产养殖业发展的主要趋势。工厂化养殖多采用循环水养殖模式,即通过将养殖废水进行物理过滤、生物过滤等步骤,在保证水质条件的情况下,实现养殖用水循环利用,实现0排放0污染的高效养殖模式。循环水养殖模式的核心是水处理技术。目前,针对养殖池内水质处理主要包括固体废弃物的去除、可溶性污物的去除以及水体消毒与增氧。而固体废弃物作为养殖水质的首要污染因素,如何及时高效的清除是改善水质条件的重要手段。本文利用试验与数模相结合的方式对工厂化对虾养殖池及鱼类养殖池的集排污水力特性进行探究,研究不同射流角度与射流流速条件下,养殖池的流场分布特性与污物聚集特性,为工厂化循环水养殖池的工程设计提供参考依据。本文主要结论如下:(1)利用试验方法探究了对虾养殖池在不同射流角度(0°、10°、20°、30°、40°、50°)与射流流速(10cm/s、15cm/s、20cm/s、22cm/s、24cm/s、28cm/s)的污物聚集特性及流场分布特性。研究发现边侧射流驱动下,射流角度在40°以内时,方形圆切角养殖池内断面流速呈“V”字形分布,接近池心附近的流速较大,向外先降低,然后再增大。但当射流角度超过40°时,根据集污效果可推知,流场将较为凌乱。养殖池的表层流态和底层流态亦存在一定差异。表层流场高流速区主要出现在横竖断面贴近池壁处,而底层流场的高流速区主要出现在射流口及其下游弯段区间内。方形圆切角养殖池的集污效果受射流角度和射流速度影响。研究发现,射流角度为40°时,最有利于池内污物聚集。射流流速越大,集污效果越好。(2)利用数值模拟的方法探究了养殖池内不同切面上的速度分布规律,径向流速与切向流速的分布规律,不同射流角度α(0°、10°、20°、30°、40°、50°)与射流流速u(10cm/s、15cm/s、20cm/s、22cm/s、24cm/s、28cm/s)对养殖池内流场分布的影响。研究表明:流速总体分布随着纵深距离的增大而减小,底层流场由于池底摩擦力的影响,总体流速最小。各深度的流速呈中间小外围大的分布特点,池心附近纵向速度明显。各深度平面切向速度分布整体呈相对对称的“M”分布,有外围大而中间小的特点,径向流速分布并无明显规律,但对于分析工厂化养殖池池底的集排污特性具有重要意义。随着射流流速u的增大,表层流场与底层流场流速增大明显,且随着流速增大池内水体回转效果变优。射流角度α对流场影响显著,射流角度α为0°时,池内流速整体较小,且池内水体回转效果较差。随着射流角度的增大,流场整体回转效果变优、整体流速变大,到达40°时效果最好,而后随着角度增大,效果变差。(3)利用试验手段研究了鱼类养殖池集污水动力特性,主要探讨了射流流速(0.2 m/s、0.3m/s、0.4m/s、0.5m/s、0.6m/s、0.7m/s)、射流角度(0°、10°、20°、30°、40°、50°)以及抽吸方式(底部抽吸模式、边侧抽吸模式)的影响。结合射流流速试验、射流角度试验与抽吸方式试验,对管式射流集污特性进行研究,综合考虑各种因素,我们建议循环水养殖系统中的池内集污模式,可设定为底部抽吸模式、边侧的射流管角度最优约40°、射流流速应不小于0.3m/s。对于污物颗粒较大、粘性较强的情况,可增大射流流速获得预期的效果,具体流速大小可通过专项研究确定。
【关键词】:工厂化养殖 水动力特性 管式射流 集污效果
【学位授予单位】:浙江海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X714
【目录】:
  • 摘要8-10
  • ABSTRACT10-14
  • 第一章 绪论14-20
  • 1.1 研究背景和意义14-15
  • 1.2 工厂化养殖池的主要结构形式15-16
  • 1.2.1 跑道式养殖池15
  • 1.2.2 圆形养殖池15-16
  • 1.2.3 矩形养殖池16
  • 1.2.4 方形圆切角型养殖池16
  • 1.3 国内外研究现状16-17
  • 1.4 本文研究内容17-20
  • 第二章 对虾养殖池集污水动力学特性研究20-34
  • 2.1 试验材料与方法20-24
  • 2.1.1 试验模型20-21
  • 2.1.2 试验条件21-22
  • 2.1.3 数据采集与处理22-24
  • 2.2 实验结果与分析24-30
  • 2.2.1 流场特性24-26
  • 2.2.2 不同射流流速下的污物聚集特性26-28
  • 2.2.3 不同射流角度下的污物聚集特性28-30
  • 2.3 讨论30-32
  • 2.3.1 流场特性分析30-31
  • 2.3.2 污物聚集特性分析31-32
  • 2.4 本章小结32-34
  • 第三章 对虾养殖池模型的数值模拟34-50
  • 3.1 FLUENT概述34-35
  • 3.1.1 FLUENT组成34
  • 3.1.2 利用FLUENT程序求解问题的步骤34-35
  • 3.2 模型的建立35-38
  • 3.2.1 几何模型建立35
  • 3.2.2 网格生成35-37
  • 3.2.3 边界条件及控制参数37-38
  • 3.2.4 湍流模型的选择38
  • 3.3 模型验证38-39
  • 3.4 数值模拟结果与分析39-47
  • 3.4.1 横截面上的速度分布40-42
  • 3.4.2 切向速度沿径向距离的分布42-43
  • 3.4.3 径向速度沿径向距离的分布43
  • 3.4.4 射流流速对流场分布的影响43-45
  • 3.4.5 射流角度对流场回转速度分布的影响45-47
  • 3.5 本章小结47-50
  • 第四章 鱼类养殖池集污水动力学特性研究50-62
  • 4.1 材料与方法50-52
  • 4.1.1 试验模型50-51
  • 4.1.2 试验方法51-52
  • 4.1.3 数据采集与处理52
  • 4.2 结果与分析52-59
  • 4.2.1 射流流速对养殖池流态特性及集污效果的影响52-56
  • 4.2.2 射流角度对养殖池集污效果的影响56-57
  • 4.2.3 抽吸模式对养殖池流态特性及集污效果的影响57-59
  • 4.3 讨论59-60
  • 4.3.1 射流流速59
  • 4.3.2 射流角度59-60
  • 4.3.3 抽吸模式60
  • 4.4 本章小结60-62
  • 结论与展望62-64
  • 参考文献64-68
  • 致谢68-70
  • 在读期间发表学术论文及研究成果70

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