[發明專利]一種魚池流態數字化分析與構建方法

在審

• 申請號: 201410010325.8
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103810326A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 張成林;張宇雷;單建軍;劉忠松
• 申請（專利權）人: 中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

技術領域

本發明涉及一種魚池的設計方法，具體來說是一種魚池流態數字化分析與構建方法，屬于魚池設計與構建技術領域。?

背景技術

魚池設計主要考慮建設成本、生產消耗、空間利用、水質維護及便于管理等因素，常用形狀有圓形、矩形（方切角）等。圓形魚池水體流動情況較好，方便自行集排污，水的流量可較小，但土地利用率不高且流速不能準確預測；矩形魚池易于建設，土地利用率高，但池中會出現死水區，水體交換不均勻，造成局部缺氧或代謝廢物集中于死水區。?

由此可見，如何能同時兼顧上述兩種魚池的優缺點，設計出合適結構的魚池，是一個本領域的技術難題。?

通過合理的魚池的形狀及結構，使其內部水流流速分布均勻、水體交換完全、不存在運動死角、集排污效果好，而且盡可能提高土地利用率，減低魚池的建設施工難度，對陸基高效全循環水養殖工程有重要意義。?

目前，對魚池形狀及結構的研究主要是采用傳統經驗方法，傳統經驗方法主要依靠常年積累的養殖經驗，通過摸索及重復工作的方式對魚池形狀及結構進行實驗分析，耗費大量人力物力財力，而且該方法存在一定的主觀性，多限于小范圍的定性研究，而且精確程度不高，說服力也較差。?

具體來說，現有技術的魚池流態分析與構建方法主要存在以下缺陷：?

1、傳統的魚池結構設計主要依賴經驗和試驗，設計過程中盲目成分較?大且誤差明顯，導致出現魚池結構不能滿足養殖密度及有效集排污的要求。?

2、傳統魚池設計中，無法準確掌握魚池結構對池內水體流動狀態的影響，流場影響因子無法確定導致魚池結構優化工作難以有效進行。?

3、傳統設計方法中，魚池結構參數數據種類單調，可用性較低，不能充分滿足現代漁業的高密度養殖要求。?

4、魚池結構及其內部流場缺乏可靠的分析手段及方法。?

發明內容

本發明需要解決的技術問題是：現有技術中，對魚池形狀及結構的研究主要是采用傳統經驗方法，傳統經驗方法主要依靠常年積累的養殖經驗，通過摸索及重復工作的方式對魚池形狀及結構進行實驗分析，耗費大量人力物力財力，而且該方法存在一定的主觀性，多限于小范圍的定性研究，而且精確程度不高，說服力也較差。?

計算流體力學（CFD）是當前對流體的一種非常有效的研究方法，其在水體的流動特性研究方面得到了廣泛的應用。?

粒子圖像測速（PIV）技術是一種先進的全流場、瞬態、無接觸測量技術，可將測得的數據和控制相間動力學特性的物理機理聯系起來，具備動態響應快和測量精度高等諸多優點。?

本發明采取以下技術方案：?

一種魚池流態數字化分析與構建方法，包括以下步驟：?

1）建立魚池結構參數，魚池進、出水口的流速或水壓參數；?

2）根據所述結構參數，進、出水口的流速或水壓參數構建魚池三維模型，并結合魚池模型形狀網格劃分及邊界條件設定；?

3）建立魚池流場的流體力學方程；?

4）匯總流態模擬結果；?

5）總結不同形狀及結構參數的魚池流場的優缺點，并分析不同部位結構參數變化對魚池流場造成的影響；?

6）優化魚池形狀及結構參數并重復上述2-5步驟；?

7）根據步驟4-6形成的一系列魚池參數，構建按一定比例縮尺的魚池，并構建粒子圖像測速系統和數字圖像后處理系統組成的實驗裝置，測量所構建魚池的流場；?

8）通過與步驟6）形成的流態模擬結果進行擬合比較以及調控，驗證魚池流態數據；?

9）重復步驟7）-8）。?

本發明以魚池作為研究對象，采用CFD技術與PIV技術相結合的手段，探索不同魚池形狀及在不同魚池長深比、池底坡度等因素下的流場特性，既簡化了試驗手段，又具備實際工程意義，可為魚池的結構建造與優化提供一種優化的研究手段。?

通過改變模型各部分尺寸，選取代表性魚池模型，構建網格進行相關計算，以PIV測量結果進行模型驗證，并對模型進行改進，最終得到符合要求的魚池形狀尺寸。?

本發明的有益效果在于：?

1）避免純依靠經驗和實體試驗，在魚池構建過程中目標性和確定性更強。?

2）魚池結構能夠滿足養殖密度及有效集污的要求。?

3）能夠準確掌握魚池結構對池內水體流動狀態的影響，并容易確定流?場影響因子，使魚池結構優化工作更有效的開展。?

4）魚池結構參數完整，可用性高，能充分滿足現代漁業的高密度養殖要求。?