基于水培废水培养丝状藻的乳酸生产及其在水产养殖网衣流体动力学优化中的应用

本文通过计算流体力学(CFD)模拟，系统研究了结节网衣结构在深海水产养殖中的流体动力学特性，揭示了攻角(AOA)、网线直径等关键参数对阻力系数(Cd)和升力系数(Cl)的影响规律，为优化网衣设计、提升养殖网箱抗流稳定性提供了理论依据。研究特别关注结节结构对绕流场和压力分布的调控作用，对实现海洋养殖工程生态集约化发展具有重要意义。

　　

Highlight

本研究采用高分辨率数值模拟方法，系统探究了作为网衣基本单元的十字形结节结构的流体动力学特性，重点解析了结节几何参数对绕流场演化的影响机制。

数值模型

采用有限体积法求解十字形结构周围流场的控制方程，运用SIMPLE算法进行求解，对流项采用二阶迎风格式离散。连续性方程和动量方程的收敛残差小于10^-4。三维不可压缩流动运动由雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程控制。

网衣方向与攻角

如图8所示，在流速0.5 m/s条件下，研究了单十字和四十字构型（网线直径3.62 mm、结节直径11.37 mm）在T0和T45两种网衣取向下的阻力/升力系数变化。结果表明：阻力系数随攻角(AOA)增大而增加，在90°（流向垂直于网衣平面）时达到峰值。

结论

本研究系统评估了攻角(AOA)、密实度、网线直径和长度对十字形结节网衣流体动力学性能的影响。特别揭示了结节结构对局部流速梯度、压力分布的调控作用：

1. 阻力系数在90° AOA时最大，45°-90°范围内T0构型的阻力高于T45构型；

2. 升力系数在45° AOA附近出现峰值，T0构型在所有测试角度均表现出更高的升力特性；

3. 结节存在显著延长了横流区下游的尾流区域，而减小AOA会缩短低速尾流范围；

4. 通过调整网线直径（而非长度）改变网衣密实度，能更有效调控周围流场特性。

这些发现为深海养殖网箱的减阻设计提供了新思路，特别在优化结节几何参数方面具有重要指导价值。