劉 彥，趙云鵬，崔 勇，董國(guó)海

(1.大連理工大學(xué)海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連 116024;2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所青島市海水魚(yú)類種子工程與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071;3.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

正方體人工魚(yú)礁流場(chǎng)效應(yīng)試驗(yàn)研究

劉 彥1，趙云鵬1，崔 勇2，3，董國(guó)海1

(1.大連理工大學(xué)海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連 116024;2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所青島市海水魚(yú)類種子工程與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071;3.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

采用無(wú)干擾的粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV)，針對(duì)中空型正方體人工魚(yú)礁，選取3個(gè)不同的來(lái)流速度6.7 cm/s、11.0 cm/s和18.0 cm/s，研究了該模型單體(90°和45°)和組合(平行和垂直)工況時(shí)的流場(chǎng)效應(yīng)。結(jié)果顯示，單體90°迎流時(shí)上升流的規(guī)模和強(qiáng)度大于45°迎流，但產(chǎn)生的緩流區(qū)和背渦流的規(guī)模遠(yuǎn)小于45°工況。橫向組合中單個(gè)魚(yú)礁模型產(chǎn)生的流場(chǎng)效應(yīng)較強(qiáng)于單體工況?？v向組合中，第一個(gè)迎流魚(yú)礁在不同間距時(shí)內(nèi)部流速分布和單體時(shí)較為相似，間距為1.0L時(shí)流速大小與單體最為接近。第二個(gè)迎流魚(yú)礁內(nèi)部基本上未出現(xiàn)回流區(qū)域，水平流速較單體時(shí)明顯減小，但隨著間距的增加流速值不斷增大。

人工魚(yú)礁;粒子圖像測(cè)速(PIV);流場(chǎng)效應(yīng);正方體

人工魚(yú)礁多布置在淺水海域能夠起到減小海岸侵蝕和增加魚(yú)類品種及產(chǎn)量的作用。但是，人工魚(yú)礁在投放布置過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，比如說(shuō)魚(yú)礁的穩(wěn)定性，材料的持久性，影響性能的設(shè)計(jì)因素等［1］。鑒于上述問(wèn)題人工魚(yú)礁水動(dòng)力學(xué)性能的研究在人工魚(yú)礁事業(yè)的發(fā)展過(guò)程中顯得頗為重要。流場(chǎng)效應(yīng)是人工魚(yú)礁水動(dòng)力學(xué)性能的一個(gè)重要方面，主要是指當(dāng)魚(yú)礁投放到某海域后在其前部可以生成與水平流具有相當(dāng)量的局部上升流。上升流將底層的沉積物和營(yíng)養(yǎng)鹽帶到水面附近，提高海域的基礎(chǔ)餌料水平，起到了聚集魚(yú)類的作用。另一方面，礁體下游形成了一個(gè)充滿漩渦的流速緩慢的背渦流區(qū)域，為魚(yú)類提供庇護(hù)、繁殖和棲息地［2］。人工魚(yú)礁增殖漁業(yè)資源的生態(tài)效應(yīng)主要是通過(guò)人工魚(yú)礁的流場(chǎng)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的［3］。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)人工魚(yú)礁的研究手段主要以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析魚(yú)礁的聚魚(yú)、避敵、產(chǎn)卵等效果和其周圍的生態(tài)效應(yīng)為主。這些方法多屬于定性研究［4-10］。定量研究方面，張碩等［11-12］在水槽中對(duì)不同高度混凝土長(zhǎng)方體模型礁的流場(chǎng)進(jìn)行了定量研究，得到了上升流和背渦流的規(guī)模和強(qiáng)度。劉洪生等［13］通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)單體及組合人工魚(yú)礁上升流和背渦流的規(guī)模和強(qiáng)度進(jìn)行了探討。Liu［14］等通過(guò)實(shí)驗(yàn)室水槽實(shí)驗(yàn)測(cè)試了混凝土人工魚(yú)礁在不同來(lái)流速度下所產(chǎn)生的上升流面積和上升流速度。

以上，人工魚(yú)礁流場(chǎng)的研究方法均是在魚(yú)礁周圍布置測(cè)點(diǎn)，然后通過(guò)流速儀單點(diǎn)測(cè)量布置點(diǎn)的流速，最后再綜合分析上升流和背渦流的規(guī)模和強(qiáng)度。接觸式測(cè)試難免會(huì)對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生干擾并且測(cè)點(diǎn)有限未能全面反映魚(yú)礁周圍真實(shí)流場(chǎng)。本試驗(yàn)采用PIV無(wú)干擾二維流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)對(duì)單體及雙體組合正方體魚(yú)礁周圍流場(chǎng)進(jìn)行整體測(cè)試，得到了較為準(zhǔn)確的流速分布狀況，以期為人工魚(yú)礁水動(dòng)力特性的進(jìn)一步研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)魚(yú)礁模型

正方體人工魚(yú)礁模型是由五個(gè)帶有正方形缺口的正方形面組成的無(wú)底魚(yú)礁模型，材質(zhì)為透明有機(jī)玻璃，以實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)照明［15］。按照重力相似準(zhǔn)則選取模型比尺1∶20，模型的正方形面邊長(zhǎng)L=0.075 m，缺口在面中心位置邊長(zhǎng)為0.045 m，厚度為0.015 m(圖1)。試驗(yàn)水流沿x軸正向入射，包括單體和雙體組合兩種工況。如圖1所示，單體魚(yú)礁分為90°和45°兩種迎流方式;圖2雙體魚(yú)礁組合中每個(gè)模型都按照90°迎流方式擺放，橫向擺放間距為 0.5L，縱向擺放間距分別為 0.5L、1.0L、1.5L 和 2.0L。

圖1 正方體人工魚(yú)礁模型及單體擺放形式Fig.1 Configuration and layout of the hollow cube artificial reef model

圖2 橫向和縱向雙體組合正方體人工魚(yú)礁擺放形式Fig.2 Arrangements of two parallel and vertical hollow cube artificial reefs

1.2 PIV原理與試驗(yàn)設(shè)備布置

PIV的測(cè)量原理:將與流體密度相當(dāng)并且具有良好跟隨性和反光性的示蹤粒子投入到所研究的流體空間，使用CCD高速攝像機(jī)捕捉粒子跟隨流體運(yùn)動(dòng)的圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行分析即可得相應(yīng)流場(chǎng)的流速分布。流場(chǎng)試驗(yàn)在大連理工大學(xué)海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的PIV水槽進(jìn)行。圖3所示水槽尺寸為24.00 m×0.45 m×0.60 m(長(zhǎng)×寬×高)，一端配有造流系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)造流裝置的電機(jī)頻率(f)來(lái)改變流速，采用ADV流速計(jì)對(duì)流速進(jìn)行標(biāo)定［17］。魚(yú)礁放置在水槽的中間測(cè)試區(qū)域，光源從水槽底部打向模型的中軸面。根據(jù)實(shí)際海域的特征流速0.3 m/s、0.5 m/s和0.8 m/s，并考慮滿足試驗(yàn)梯度的要求將試驗(yàn)流速選定為U1=6.7 cm/s，U2=11.0 cm/s和U3=18.0 cm/s，試驗(yàn)水深H=0.4 m。試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)PIV測(cè)試系統(tǒng)，主要包括光源、高速CCD相機(jī)、EPIX(R)圖像采集卡等，示蹤粒子采用聚氯乙烯(PVC)粉末［18］。

2 PIV試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

在試驗(yàn)前對(duì)PIV和ADV的測(cè)速差異進(jìn)行了校對(duì)。試驗(yàn)結(jié)果表明不同來(lái)流速度下流場(chǎng)測(cè)量誤差基本一致［19］。因此這里將來(lái)流速度定為11.0 cm/s，并分別進(jìn)行了5次 PIV流場(chǎng)測(cè)速試驗(yàn)，得到平均流速為10.7 cm/s。PIV和ADV所得流速的平均相對(duì)誤差率為2.7%。通過(guò)互相關(guān)分析理論對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行編程處理，并借助Tecplot軟件繪制出魚(yú)礁中軸面上流場(chǎng)的二維流速矢量圖。為便于對(duì)不同工況時(shí)人工魚(yú)礁的流場(chǎng)進(jìn)行定量分析特做出以下定義。將流速沿豎直方向分量大于或等于0.1倍來(lái)流速度的區(qū)域定義為上升流區(qū)域［20］。Vmax代表最大上升流速度;Va為上升流的平均流速既上升流區(qū)域內(nèi)流速之和與測(cè)點(diǎn)數(shù)的比值;Hup表示上升流區(qū)域的最大高度;Sup為上升流域的面積。背渦流區(qū)域指魚(yú)礁背部所產(chǎn)生的漩渦結(jié)構(gòu)，漩渦高度用He表示，長(zhǎng)度按回流區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算用Le表示，面積Se為漩渦高度和長(zhǎng)度的乘積。魚(yú)礁的迎流高度為L(zhǎng)=7.5 cm，迎流面積為 S(90°時(shí)，S90=36 cm2;45°時(shí)，S45=51 cm2)。

圖3 PIV試驗(yàn)布置示意Fig.3 Schematic of the PIV experimental setup

2.1 單體正方體人工魚(yú)礁

圖4所示U2=11.0 cm/s時(shí)，90°和45°擺放形式下單體正方體魚(yú)礁中軸面的速度矢量場(chǎng)。魚(yú)礁90°擺放時(shí)，水流遇到礁體上部邊壁后向上運(yùn)動(dòng)形成上升流;中部水流速度有所減緩;底部邊界層流動(dòng)在某個(gè)部位開(kāi)始發(fā)生分離，導(dǎo)致魚(yú)礁上游底部的拐角處產(chǎn)生回流區(qū)。在礁體內(nèi)中空部份水流速度較高接近于來(lái)流，而被邊壁遮擋的部分水流速度則較小，并且在底部出現(xiàn)回流。這與Su等［21］通過(guò)PIV實(shí)驗(yàn)得出在方形魚(yú)礁內(nèi)部中心的流場(chǎng)速度較小，左右兩側(cè)區(qū)域的流速較大的結(jié)論相似。引起這種現(xiàn)象的原因是水體在進(jìn)入礁體后被邊壁阻擋，但是可以自由進(jìn)入開(kāi)口區(qū)域，由于過(guò)流面積突然縮小，水流速度增加，被邊壁遮擋的礁體內(nèi)部水流速度則有所減小。水流穿過(guò)礁體后，流速保持一段距離后開(kāi)始衰減，在下游底部形成了一個(gè)狹窄的回流區(qū)，該區(qū)域的高度和長(zhǎng)度較短，流速非常小。

圖4 90°和45°時(shí)方形魚(yú)礁中軸面上速度矢量場(chǎng)(U2=11.0 cm/s)Fig.4 Flow field velocity vector diagram of a hollow cube artificial reef with 90°and 45°angles(U2=11.0 cm/s)

45°擺放形式下，由于礁前邊壁的阻擋和分流作用使得魚(yú)礁前部的水流速度減緩，整個(gè)礁體內(nèi)部的流速也非常小，形成了較90°時(shí)更大的緩流區(qū)域。當(dāng)水流經(jīng)過(guò)礁體上部后，依附在礁體上的邊界層分離形成較強(qiáng)的壓力梯度，隨著向下游發(fā)展逆向壓力梯度逐漸變大在礁體后部出現(xiàn)了回流，并形成了較為明顯的漩渦結(jié)構(gòu)。背渦流區(qū)域的高度和礁體高度相同，長(zhǎng)度接近于礁高。

姜昭陽(yáng)［22］對(duì)開(kāi)孔為圓形的正方體人工魚(yú)礁的流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試。當(dāng)水流經(jīng)過(guò)該魚(yú)礁模型時(shí)，由于粘性作用，在模型的上方形成上升流，產(chǎn)生了漩渦結(jié)構(gòu)。受模型上部和內(nèi)部水流的作用，魚(yú)礁尾部分離出很多小的漩渦。這里所研究魚(yú)礁的開(kāi)孔面積較大，大部分水體直接穿過(guò)礁體，在魚(yú)礁上部未形成明顯的漩渦結(jié)構(gòu)，只是在魚(yú)礁尾部接近底面區(qū)域形成了范圍較小的漩渦。

來(lái)流速度為11.0 cm/s時(shí)，兩種迎流方式的魚(yú)礁上升流區(qū)域如圖5淺色區(qū)域所示。由圖5可得，不同角度迎流時(shí)上升流區(qū)域均位于魚(yú)礁的左上角區(qū)域并且呈扇形展開(kāi)，長(zhǎng)度較為接近。90°時(shí)上升流主要分布在礁體上部，高度較大，范圍較廣;45°時(shí)則主要分布在礁體左上角的前部和上部區(qū)域，面積較小。

圖5 90°和45°時(shí)正方體魚(yú)礁上升流分布區(qū)域(U2=11.0 cm/s)Fig.5 Distribution of the upwelling field of a hollow cube artificial reef with 90°and 45°angles(U2=11.0 cm/s)

同種來(lái)流速度下，魚(yú)礁90°迎流時(shí)的最大上升流速和平均上升流速均大于45°迎流工況。最大上升流速度差距較大，并且隨著來(lái)流速度的增加差幅逐漸增大;平均上升流速度的差距則較小(圖6)。流速為6.7 cm/s和18.0 cm/s時(shí)，兩種擺放形式下的最大上升流流速度最大相差約2.50倍，11.0 cm/s來(lái)流速度時(shí)較小，約為1.92倍。三種來(lái)流速度下，90°迎流時(shí)的平均上升流速是45°迎流時(shí)的1.17～1.51倍，兩種擺放形式的平均上升流速較為接近。劉洪生［13］等得到正方體人工魚(yú)礁模型產(chǎn)生的最大上升流流速為來(lái)流速度的1/3，這里得到中空型正方體人工魚(yú)礁在90°迎流時(shí)所產(chǎn)生的上升流是來(lái)流速度的0.35～0.39倍，兩者較為吻合。

由圖7可得魚(yú)礁在兩種擺放形式下上升流區(qū)域的高度和面積隨著流速的增加變化不大。90°擺放時(shí)，魚(yú)礁上升流區(qū)域的高度是45°時(shí)的1.07～1.15倍。上升流面積差距則較為明顯，90°與45°迎流擺放形式下上升流面積比值為1.49～1.72。由于45°時(shí)的迎流面積較大，因此兩種擺放形式下上升流與迎流面積比值的差距更大，約為2.11～2.43倍。魚(yú)礁在90°迎流下較45°時(shí)能產(chǎn)生更大規(guī)模的上升流。兩種擺放形式下，魚(yú)礁產(chǎn)生的上升流的高度和面積隨著來(lái)流速度的增大，先增加后減小，這與Liu［23］等的研究結(jié)果一致。

圖6 90°和45°迎流方式下魚(yú)礁的最大上升流速(Vmax)和平均上升流速(Va)Fig.6 Maximum(Vmax)and average(Va)upwelling velocities of a hollow cube artificial reef with 90°and 45°angles

圖7 90°和45°迎流方式下魚(yú)礁上升流高度比(Hup/L)和面積比(Sup/S)Fig.7 Hup/L and Sup/S of a hollow cube artificial reef with 90°and 45°angles

正方體人工魚(yú)礁的背渦流規(guī)模如圖8所示。由于該人工魚(yú)礁的透空結(jié)構(gòu)，90°迎流時(shí)上游大部分水體直接穿過(guò)礁體到達(dá)下游，在礁體下游上下邊壁后部形成小范圍的緩流區(qū)。在魚(yú)礁下游底部，背渦流的高度約0.2倍礁高即礁體邊壁的寬度;長(zhǎng)度為礁高的0.21～0.37倍。45°迎流時(shí)，魚(yú)礁的迎流面積較大，對(duì)來(lái)流的阻擋作用較強(qiáng)，引起的壓力梯度變化較大。該工況下背渦流的高度和長(zhǎng)度分別是0.84～0.96和0.73～0.98倍的礁高，背渦流規(guī)模較90°時(shí)明顯增大。

2.2 橫向雙體組合正方體人工魚(yú)礁

兩魚(yú)礁模型沿水槽中軸線對(duì)稱擺放，理論上會(huì)產(chǎn)生相同結(jié)構(gòu)的流場(chǎng)，取靠近相機(jī)一側(cè)的魚(yú)礁作為研究對(duì)象。三種流速下橫向組合魚(yú)礁產(chǎn)生的上升流平均流速分別為1.39、2.16和3.33 m/s，與單體較為接近;高度為礁高的1.33、1.40、1.46倍略小于單體。從流態(tài)上看單體魚(yú)礁后部沒(méi)有出現(xiàn)明顯的回流，而組合魚(yú)礁下游底部卻形成了形狀清晰，規(guī)模較大的漩渦(圖9)。橫向組合魚(yú)礁回流區(qū)長(zhǎng)度和高度分別是單體時(shí)的1.44～2.14倍和1.58～3.81倍。兩魚(yú)礁的相互作用對(duì)上升流規(guī)模和強(qiáng)度的影響較小，對(duì)背部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響較大。不同來(lái)流速度時(shí)，在1/2礁體高度以上的魚(yú)礁背部區(qū)域，流場(chǎng)流線就趨于平行，而在實(shí)體正方體背部，存在著許多不穩(wěn)定的漩渦，不斷的破裂、合并、重聯(lián)，并且作用范圍非常大［24］。

2.3 縱向雙體組合正方體人工魚(yú)礁

縱向組合兩魚(yú)礁模型沿水流方向擺放在水槽中間，每個(gè)魚(yú)礁內(nèi)部的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)都隨著間距的增加而不斷變化。為定量研究間距變化對(duì)縱向組合兩魚(yú)礁內(nèi)部流場(chǎng)的影響，選取魚(yú)礁中軸面上兩個(gè)代表性切線，對(duì)在不同來(lái)流速度時(shí)該切線上的水平流速(U)的分布進(jìn)行對(duì)比分析。將切線分別命名為P1和P2，其中，P1為單體或者縱向組合第一個(gè)迎流魚(yú)礁中分線;P2為單體或者縱向組合第二個(gè)迎流魚(yú)礁中分線(圖10)。

圖8 90°和45°迎流方式下魚(yú)礁背渦流的高度比(He/L)，長(zhǎng)度比(Le/L)和面積比(Se/S)Fig.8 He/L，Le/L and Se/S of a hollow cube artificial reef with 90°and 45°angles

圖9 三種來(lái)流速度下0.5L間距橫向組合魚(yú)礁后部流場(chǎng)流線Fig.9 Streamline of flow fields at the rear of two parallel artificial reefs at spacing of 0.5L in three types of inlet velocities

如圖11所示，不同來(lái)流速度時(shí)單體和縱向組合中第一個(gè)迎流魚(yú)礁內(nèi)部水流速度隨高度變化的規(guī)律相似，大小略有差異。水平流速在礁體底部出現(xiàn)負(fù)值，說(shuō)明有回流產(chǎn)生;在中空段逐漸增加到來(lái)流速度大小并保持穩(wěn)定;在接近魚(yú)礁頂部時(shí)流速逐漸減小到零以下，出現(xiàn)2.0～3.0 cm的回流區(qū);越過(guò)魚(yú)礁頂部后流速又繼續(xù)增加，大約在1.33倍礁高以上，水平流速等于來(lái)流速度。同種來(lái)流速度下，間距為1.0L時(shí)魚(yú)礁內(nèi)部的最大水平流速取得了比單體和其它間距組合更大的值。兩魚(yú)礁模型沿水流方向擺放時(shí)，會(huì)互相產(chǎn)生影響和作用。劉洪生［13］得出，一定來(lái)流速度下，當(dāng)模型間距在1.0～1.5倍模型尺度時(shí)，流場(chǎng)變化最大。劉彥等［25］研究發(fā)現(xiàn)兩縱向組合星體型魚(yú)礁，在間距為1.5倍礁高時(shí)兩模型的協(xié)同作用最強(qiáng)。這里可得，縱向雙體中空型正方體人工魚(yú)礁組合在間距為1.0L時(shí)取得較強(qiáng)的模型協(xié)同作用。

縱向組合第二個(gè)魚(yú)礁內(nèi)部水平流速隨高度的變化規(guī)律與單體魚(yú)礁類似，但大小有明顯差異(圖12)。不同間距時(shí)該魚(yú)礁內(nèi)部流速變化比較紊亂，最大水平流速隨著間距的增加不斷增大，在2.0L時(shí)取得最大值但均小于單體工況。不同間距下，魚(yú)礁內(nèi)底部的流速值最小并且出現(xiàn)負(fù)值，即出現(xiàn)回流區(qū)域。在魚(yú)礁內(nèi)上部區(qū)域，流速值也較小但基本為正值，為緩流區(qū)域。與組合工況不同，單體魚(yú)礁內(nèi)上部水流速度值小于零，出現(xiàn)了明顯的回流現(xiàn)象。

圖10 單體和組合工況P1和P2分布示意Fig.10 Sketch of P1and P2of a single and two artificial reefs

圖11 三種來(lái)流速度下P1水平流速分布Fig.11 Distribution of the horizontal flow velocities along P1in three types of inlet velocities

圖12 三種來(lái)流速度下P2水平流速分布Fig.12 Distribution of the horizontal flow velocities along P2in three types of inlet velocities

3 結(jié)語(yǔ)

1)90°和45°迎流時(shí)，上升流均位于魚(yú)礁的左上角區(qū)域并且呈扇形展開(kāi)，長(zhǎng)度較為接近。單體正方體魚(yú)礁90°迎流時(shí)產(chǎn)生的上升流的規(guī)模和強(qiáng)度較45°時(shí)大。由于魚(yú)礁的中空結(jié)構(gòu)，90°迎流時(shí)大部分來(lái)流直接穿過(guò)礁體，流速衰減較小，形成較小的緩流區(qū);45°迎流時(shí)，在魚(yú)礁內(nèi)部和背后形成了較大的緩流區(qū)，尤其在魚(yú)礁后部出現(xiàn)了大范圍的漩渦結(jié)構(gòu)。

2)橫向雙體組合中單個(gè)魚(yú)礁的上升流強(qiáng)度與單體接近，但規(guī)模較大;背渦流的形態(tài)不同，形成了較單體更大規(guī)模的漩渦?？v向雙體組合中，第一個(gè)迎流魚(yú)礁內(nèi)部的水平流速受后一個(gè)礁體的影響較小，間距為1.0L時(shí)流速分布規(guī)律和大小與單體接近。第二個(gè)迎流魚(yú)礁內(nèi)部未出現(xiàn)大范圍的回流區(qū)域，水平流速較單體時(shí)明顯減小，但隨著間距的增加流速逐漸增大。間距為1.0L時(shí)，兩魚(yú)礁模型取得較強(qiáng)的模型協(xié)同作用。

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Experimental study of the flow field around cube artificial reef

LIU Yan1，ZHAO Yun-peng1，CUI Yong2，3，DONG Guo-hai1
(1.State Key Lab of Coastal and Offshore Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China;2.Qingdao Key Laboratory for Marine Fish Breeding and Biotechnology，Yellow Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Qingdao 266071，China;3.Key Laboratory of Fishery Equipment and Engineering of Ministry of Agriculture，F(xiàn)ishery Machinery and Instrument Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Shanghai 200092，China)

Effects of hollow cube artificial reefs(90°and 45°)and their compounds(parallel and vertical)on flow field have been studied by use of particle image velocimetry techniques for two-dimensional flow field testing under conditions of 6.7 cm/s，11.0 cm/s and 18.0 cm/s.The results show that the scale and intensity of upwelling field of artificial reef at the angle of 90°are larger than those at the angle of 45°;however the scale and intensity of back flow field are smaller.The effects of flow field caused by a single artificial reef are weaker than the one in parallel combination.The flow velocity distributions within the first artificial reef of the vertical combination with different spacing are similar to a single reef.The values of horizontal flow velocities within the second artificial reef are obviously smaller than a single artificial reef and increase with the vertical spacing.

artificial reef;particle image velocimetry;flow field;cube

S953.1

A

1005-9865(2012)04-0103-07

2011-09-06

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)資助項(xiàng)目(200903005);中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2010-chb-01，2008-gy-01，2007-chb-03);自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體資助項(xiàng)目(50921001)

劉 彥(1983-)，男，河北邢臺(tái)人，博士生，主要從事波浪對(duì)建筑物的作用研究工作。E-mail:liuyan84829644@yahoo.com.cn