分享自:

射流鱼泵中鱼的运动特性研究

期刊:Ocean EngineeringDOI:10.1016/j.oceaneng.2015.08.039

该文档属于类型a,即报告了一项原创研究。以下是对该研究的学术报告:

作者与机构
本研究的主要作者包括Longzhou Xiao、Xinping Long、Li Li、Maosen Xu、Ning Wu和Qingqing Wang。他们分别来自武汉大学动力与机械工程学院、华中农业大学水产学院以及中国船舶重工集团公司第719研究所。研究发表在期刊《Ocean Engineering》上,出版时间为2015年。

学术背景
随着水产养殖业的蓬勃发展和深水网箱养殖的普及,高效输送鱼类的方法变得越来越重要。传统的鱼类输送方法(如人工搬运和容器运输)能耗高且容易造成鱼类大量损失。因此,鱼类泵作为水产养殖中的重要辅助设备,能够在不人工干预的情况下输送鱼类并保持其新鲜度,成为传统方法的理想替代品。自20世纪中期以来,鱼类泵已在挪威、美国、日本、丹麦和俄罗斯等水产养殖业发达的国家广泛应用。

研究目标
本研究旨在通过高速成像技术,研究草鱼在不同操作条件下(包括回流、正常流动和空化)在射流鱼泵(Jet Fish Pump, JFP)中的运动特性,分析鱼类在泵中可能受到的损伤,并为优化JFP的设计提供依据,以减少鱼类在输送过程中的损伤。

研究流程
1. 实验设备与设置
- 射流鱼泵由吸入管、环形喷嘴、吸入室、喉部和扩散器组成,主要结构参数包括喉部直径、扩散器出口直径、吸入管直径等。
- 实验装置包括离心泵、水箱、压力传感器和高速摄像机。高速摄像机的帧率为25000帧/秒,用于捕捉鱼类在JFP中的运动。
- 实验鱼类为草鱼,体长150-170毫米,平均重量为0.027千克。实验中使用了约60条草鱼。

  1. 实验操作条件

    • 实验设置了五种不同的操作条件,包括回流、正常流动和空化等。通过调节阀门,控制出口压力和混合流量,观察鱼类在不同条件下的运动特性。
  2. 数据采集与分析

    • 使用高速摄像机记录鱼类在JFP中的运动,并通过压力传感器监测壁面静态压力的变化。
    • 分析了鱼类在泵中的运动模式(如背向运动和正向运动)、空化对鱼类的损伤以及鱼类对泵内流动的影响。

主要结果
1. 鱼类运动特性
- 大多数鱼类(约90%)在进入JFP时表现为背向运动,即鱼尾先进入吸入室。
- 在扩散器入口处,轴向压力和速度梯度会对鱼体产生6-16 N的挤压力,使鱼体弯曲。结合周向和轴向涡流,鱼类可能会发生翻转或旋转。

  1. 空化对鱼类的影响

    • 在吸入室中,高速工作流会导致鱼体附近产生瞬态空化云,可能对鱼眼造成潜在伤害。
    • 在喉部和扩散器中,稳定的空化云会导致鱼类暴露在极低的压力环境中,可能导致鱼鳔过度膨胀和相关内脏器官损伤。
    • 鱼类通过扩散器中的空化云时,空化云会随着鱼类向下游延伸,并在鱼类移动到空化云闭合处时突然崩溃,造成剧烈的压力波动,可能导致鱼鳞脱落。
  2. 鱼类对泵内流动的影响

    • 鱼类在通过JFP时,会在每个监测位置引起明显的压力峰值,峰值出现在鱼类进入喉部的时刻。
    • 在空化条件下,由于大量气泡的存在,喉部和扩散器中的压力峰值消失,但在吸入室中仍可观察到压力峰值。

结论
本研究通过高速摄像技术和壁面压力监测,详细分析了草鱼在JFP中的运动特性以及在不同操作条件下可能受到的损伤。研究结果表明,背向运动是鱼类在JFP中的主要运动模式,空化对鱼类的损伤最为严重,可能导致鱼鳔过度膨胀、鱼鳞脱落以及内脏器官损伤。通过优化JFP的结构参数和操作条件,可以有效减少鱼类在输送过程中的损伤。

研究亮点
1. 首次通过高速成像技术详细记录了鱼类在JFP中的运动特性。
2. 系统分析了空化对鱼类的损伤机制,为空化条件下的鱼类输送提供了重要依据。
3. 研究了鱼类对泵内流动的影响,为JFP的设计和优化提供了理论支持。

未来研究方向
未来的研究应关注JFP的尺寸效应和鱼类形状的影响。随着JFP尺寸的增大,鱼类对泵内流动的影响将减弱,从而可能进一步减少鱼类的损伤和死亡率。此外,针对不同形状的鱼类,JFP的结构参数应进行专门设计,以确保鱼类在输送过程中保持较低的损伤率。

资助与致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金(No. 51179134)和国家重点基础研究发展计划(No. 2014CB239203)的资助,同时还获得了新世纪优秀人才支持计划(NCET-12-0424)的支持。

上述解读依据用户上传的学术文献,如有不准确或可能侵权之处请联系本站站长:admin@fmread.com