横摇晃荡作用下养殖工船养舱旋涡流场特性分析.pdfVIP

第21卷第3期南

方

水

产

科

学Vol.21，No.3

2025年6月South

China

Fisheries

ScienceJun.，2025

DOI:10.12131文章编号：

2095−0780−（2025）03−0001−14

横摇晃荡作用下养殖工船养舱旋涡流场特性分析

刘泰金，王银涛，郭晓宇

上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海201100

摘要：

大型深远海养殖工船载有循环水养殖舱，其内部会形成绕垂向中心轴旋转的排水涡

(称为“澡盆涡”)。在真实海

况作用下，船载养殖舱产生晃荡，而液舱晃荡对澡盆涡流场的影响不明，很可能会破坏流场中的速度分布。由于流场

速度分布直接影响鱼类的生长环境质量，因此液舱晃荡与排水涡流场耦合产生的流场特性，尤其是其流场结构特征与

湍流统计特性亟待探究。采用数值模拟方法，考察了横摇运动对养殖舱流场特性的影响。通过比较3种工况

(静止水循

环养殖舱、仅晃荡养殖舱及晃荡水循环养殖舱)

的流场特性，揭示了漩涡流场与晃荡的耦合作用，包括中心涡结构的扭

转、速度场的不对称性和螺旋状表面波的产生。基于不同周期和振幅的晃荡工况模拟，研究发现：1)

在小振幅工况下

一定频率范围内，晃荡影响随频率的增加而增强；2)

在长周期工况下，晃荡影响随幅角的增大而增强。这种动态响应

的特性最终引发涡结构的破坏。除小振幅长周期激励的一般海况外，进一步考察了高频率/大振幅激励的极端海况，通

过平均速度和湍流统计参数等分析，揭示了在这2种晃荡工况下的旋涡破坏机制差异：当晃荡频率接近养殖舱固有频

率时，晃荡-水循环强耦合导致液面出现剧烈破碎和翻卷现象，并伴随流动形态从单向波向回旋波发展的趋势；而在大

振幅长周期激励下，当晃荡的幅角增大到一定程度时，晃荡逐渐占据流动的主要因素，漩涡流动被破坏，但不存在回

旋波趋势或自由面破碎。

关键词：

养殖工船；养殖舱；晃荡；排水涡；数值模拟

中图分类号：

O352

文献标志码：

A

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysisofvortexflowfieldcharacteristicsinaquaculturetanksof

aquacultureplatformundermotion-inducedsloshing

LIUTaijin,WANGYintao,GUOXiaoyu

SchoolofOceanandCivilEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai201100,China

Abstract:Large-scaledeep-seaaquacultureplatformscontainaquaculturetanksequippedwithwatercirculationsystems,

formingdrainagevortexrotatingaroundtheverticalaxis.Suchphenomenacanbeobservedinabathtubduringitsdraining

processandisthereforenamedasbathtubvortex.Undertheexcitationofoceandynamicalenvironment,sloshingoccursinthe

tanksonboard,leadingtohydrodynamicalinfluenceuponthebathtubvortexflowfield,which