摘要 為精準(zhǔn)設(shè)計(jì)工廠化圓形循環(huán)水養(yǎng)殖池的進(jìn)水結(jié)構(gòu)，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，采用Fluent 軟件建立數(shù)值模型模擬進(jìn)水管在不同進(jìn)水角度θ、進(jìn)徑比d/r、進(jìn)水高度h 工況下養(yǎng)殖池內(nèi)的流場(chǎng)分布特性，并以平均速度vavg和均勻系數(shù)U 為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)進(jìn)水結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，在物理試驗(yàn)證明該數(shù)值模型能較好地模擬養(yǎng)殖池內(nèi)的流場(chǎng)特征的基礎(chǔ)上，模擬了不同進(jìn)水結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)分布的影響。結(jié)果顯示：在相同條件下，進(jìn)水角度θ 在40°時(shí)vavg取得最大值，水層之間的U 差異較?。贿M(jìn)徑比d/r 在0.1 時(shí)vavg和U 取得較大值，水層之間的U 差異較??；進(jìn)水高度h 在100～400 mm 時(shí)vavg取得較大值，且在h=100 mm 時(shí)水層之間的U 差異最小。研究表明，當(dāng)進(jìn)水角度θ=40°、進(jìn)徑比d/r=0.1、進(jìn)水高度h=100 mm 時(shí)，養(yǎng)殖池內(nèi)流場(chǎng)特性處于較優(yōu)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞 循環(huán)水養(yǎng)殖； 計(jì)算流體力學(xué)； 進(jìn)水結(jié)構(gòu)； 流場(chǎng)特性

中圖分類號(hào) S964.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2421（2024）02-0022-08

循環(huán)水養(yǎng)殖是一種通過(guò)技術(shù)手段創(chuàng)造合理可控的養(yǎng)殖環(huán)境、提高魚類質(zhì)量的高效集約型養(yǎng)殖模式［1］。隨著循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展，循環(huán)水養(yǎng)殖將在中國(guó)占據(jù)更多的市場(chǎng)份額，是中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要發(fā)展方向之一［2］。但是循環(huán)水養(yǎng)殖密度高、餌料投放多，在養(yǎng)殖過(guò)程中易產(chǎn)生大量不被攝食的餌料以及魚類糞便等顆粒物，堆積于池底中［3］。這些顆粒物在適宜條件下分解成氨氮等有害物質(zhì)影響?zhàn)B殖對(duì)象［4］。如何有效地將殘餌和糞便等顆粒物排出是循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)面臨的重要問(wèn)題之一。而顆粒物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由養(yǎng)殖池流場(chǎng)特性直接決定，因此研究養(yǎng)殖池流場(chǎng)特性對(duì)構(gòu)建適宜流場(chǎng)環(huán)境、有效去除顆粒物及提高魚類質(zhì)量具有重要意義。

進(jìn)水結(jié)構(gòu)是影響?zhàn)B殖池流場(chǎng)的關(guān)鍵。Plew 等［5］通過(guò)試驗(yàn)表明優(yōu)化養(yǎng)殖池進(jìn)水結(jié)構(gòu)有助于提高池內(nèi)流速。任效忠等［6］研究表明不同的進(jìn)水方式、水體日循環(huán)次數(shù)、進(jìn)水管入射角度對(duì)養(yǎng)殖池流場(chǎng)特性的影響具有顯著差異。傳統(tǒng)的超聲學(xué)多普勒測(cè)量?jī)x（acoustic doppler velocimetry，ADV）或粒子圖像測(cè)速技術(shù)（particle image velocimetry，PIV）等操作成本高、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，難以獲得流場(chǎng)的詳細(xì)信息，而計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）技術(shù)為獲取養(yǎng)殖池內(nèi)復(fù)雜的流場(chǎng)信息提供了新方法。于林平等［7］通過(guò)構(gòu)建三維數(shù)值計(jì)算模型，研究了單通道矩形圓弧角養(yǎng)殖池流場(chǎng)特性，結(jié)果表明提高水體日循環(huán)次數(shù)，養(yǎng)殖池平均流速增加且系統(tǒng)阻力系數(shù)降低。薛博茹等［8］運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)研究了進(jìn)徑比對(duì)流場(chǎng)特性的影響，結(jié)果表明進(jìn)徑比在0.02～0.04 區(qū)間內(nèi)流場(chǎng)特性較優(yōu)。張倩等［9］研究了相對(duì)弧寬比對(duì)方形養(yǎng)殖池流場(chǎng)特性的影響，結(jié)果表明相對(duì)弧寬比在0.2～0.4 區(qū)間內(nèi)流場(chǎng)水動(dòng)力條件較優(yōu)。綜上所述，雖然國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)養(yǎng)殖池流場(chǎng)特性已有了深入研究，但主要集中于多孔進(jìn)水對(duì)流場(chǎng)特性的影響，而對(duì)單孔式進(jìn)水結(jié)構(gòu)的研究較少。尤其在綜合考慮多個(gè)因素對(duì)雙管單孔進(jìn)水圓形養(yǎng)殖池流場(chǎng)影響方面的研究有所缺失。

圓形養(yǎng)殖池具有良好的水體均勻性和混合性，自凈效率高，為養(yǎng)殖行業(yè)中常用的養(yǎng)殖池之一［10-11］。本研究以雙管單孔進(jìn)水圓形養(yǎng)殖池為研究對(duì)象，采用CFD 技術(shù)建立養(yǎng)殖池液相模型，探究不同進(jìn)水角度、進(jìn)徑比、進(jìn)水高度對(duì)圓形養(yǎng)殖池內(nèi)流場(chǎng)特性的影響，旨在為圓形循環(huán)水養(yǎng)殖池進(jìn)水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，也為養(yǎng)殖池內(nèi)顆粒物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究提供理論基礎(chǔ)。