單進(jìn)水管結(jié)構(gòu)對(duì)單通道矩形圓弧角養(yǎng)殖池水動(dòng)力特性的影響研究

于林平，薛博茹、2，任效忠，劉鷹，許條建，史憲瑩，胡藝萱，張倩、2

(1.大連海洋大學(xué) 海洋與土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.設(shè)施漁業(yè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連116023；3.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；4.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)

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖(Recirculating aquaculture system，簡(jiǎn)稱RAS )是集現(xiàn)代化、自動(dòng)化、集約化于一體的綠色健康的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，可做到生產(chǎn)過(guò)程可控，實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)常年養(yǎng)殖，同時(shí)，該模式排放的廢水廢物少且方便集中處理，在穩(wěn)定高產(chǎn)的同時(shí)對(duì)環(huán)境造成的壓力較小，具有良好的社會(huì)和生態(tài)效益，已逐漸發(fā)展成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的主流模式之一[1-3]。然而，對(duì)于飼養(yǎng)密度高、飼料投喂量大的循環(huán)水養(yǎng)殖模式，殘餌糞便等顆粒物的滯留極易在水體中產(chǎn)生細(xì)小顆粒物和溶解性有害物質(zhì)[4]。因此，及時(shí)有效去除養(yǎng)殖池內(nèi)的固體廢棄物是RAS面臨的重要問(wèn)題之一。養(yǎng)殖池內(nèi)流速的分布規(guī)律是研究池底固體廢棄物運(yùn)動(dòng)機(jī)制的基礎(chǔ)，養(yǎng)殖池內(nèi)尤其是池底的流場(chǎng)特性直接決定了養(yǎng)殖池內(nèi)顆粒物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及集排污性能[5]。

目前，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中常見(jiàn)的養(yǎng)殖池池型結(jié)構(gòu)主要有圓形養(yǎng)殖池、矩形養(yǎng)殖池、八角養(yǎng)殖池、矩形圓弧角養(yǎng)殖池(矩形圓切角養(yǎng)殖池)和跑道養(yǎng)殖池等。矩形圓弧角養(yǎng)殖池內(nèi)的流場(chǎng)特性要明顯優(yōu)于矩形養(yǎng)殖池，且其在空間利用率、產(chǎn)出效率等方面要優(yōu)于圓形養(yǎng)殖池，是循環(huán)水養(yǎng)殖生產(chǎn)中一種應(yīng)用較為普遍的池形結(jié)構(gòu)。由于循環(huán)水養(yǎng)殖池中的池形及進(jìn)出水結(jié)構(gòu)等涉及較多設(shè)計(jì)參數(shù)，任一參數(shù)的選擇或改變都將直接影響?zhàn)B殖池內(nèi)尤其是底部的流場(chǎng)特性，進(jìn)而影響到養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污性能。Davidson等[6]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析了圓形養(yǎng)殖池不同進(jìn)水結(jié)構(gòu)對(duì)水力混合性能與固體顆粒物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，結(jié)果表明,調(diào)整進(jìn)水結(jié)構(gòu)的位置和射流方向?qū)μ岣唣B(yǎng)殖池內(nèi)的水力混合特性產(chǎn)生積極的影響，適當(dāng)提高池壁、池底的流速更有利于固體廢棄物實(shí)現(xiàn)預(yù)期的去除效率。程果鋒等[7]通過(guò)構(gòu)建跑道式養(yǎng)殖池試驗(yàn)?zāi)Ｐ停芯苛私M合跑道式養(yǎng)殖池的工程設(shè)計(jì)參數(shù)和水力學(xué)特征，結(jié)果表明，同種射流結(jié)構(gòu)條件下，增加水循環(huán)量有助于提高池水的旋轉(zhuǎn)速度，增強(qiáng)集污效果。李琦等[8]研究了對(duì)蝦高位池循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中不同水循環(huán)量對(duì)對(duì)蝦養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控效果的影響，結(jié)果表明，提高循環(huán)水量對(duì)改善水質(zhì)調(diào)控效果起到積極作用。目前，關(guān)于矩形圓弧角養(yǎng)殖池系統(tǒng)集排污的研究大多集中在對(duì)池底殘餌糞便等聚集試驗(yàn)的圖像采集和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析[9]，導(dǎo)致養(yǎng)殖池池底水動(dòng)力特征不明確。為此，本研究中在矩形圓弧角養(yǎng)殖池單進(jìn)水管結(jié)構(gòu)水力驅(qū)動(dòng)模式下，進(jìn)行了不同射流孔數(shù)(日循環(huán)次數(shù)不同)和射流管位置對(duì)養(yǎng)殖池系統(tǒng)流場(chǎng)特征和池底流場(chǎng)分布影響的數(shù)值模擬，探討了池底水動(dòng)力特性對(duì)養(yǎng)殖池系統(tǒng)集排污性能的影響，以期為工廠化循環(huán)水矩形圓弧角養(yǎng)殖池進(jìn)水結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)和布設(shè)位置選擇提供參考依據(jù)，也為探索養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污性能提供理論基礎(chǔ)。

1 數(shù)值模型

1.1 流體控制方程

水動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬以流體力學(xué)基本方程為基礎(chǔ)，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型對(duì)養(yǎng)殖池系統(tǒng)的流體進(jìn)行數(shù)值模擬分析[10]。RNG k-ε湍流模型具有廣泛的適用性和合理的計(jì)算精度，且對(duì)瞬態(tài)N-S方程做時(shí)間平均處理，能更好地處理高應(yīng)變率及流線彎曲程度較大的流動(dòng)[11-12]。矩形圓弧角養(yǎng)殖池內(nèi)的流動(dòng)包括旋轉(zhuǎn)流動(dòng)和沉降[13]，因而本研究中采用RNG k-ε湍流模型。本研究數(shù)值模型中假設(shè)水產(chǎn)養(yǎng)殖池系統(tǒng)保持恒溫(不考慮溫度的影響)，不考慮外部環(huán)境和內(nèi)部養(yǎng)殖對(duì)象的干擾，且流體是黏性、不可壓縮的。

1.2 數(shù)值求解方法

數(shù)值模擬計(jì)算的穩(wěn)定運(yùn)行及其模擬結(jié)果的可信度、精度與網(wǎng)格質(zhì)量直接相關(guān)，在兼顧高質(zhì)量網(wǎng)格與模擬精度的同時(shí)，采用適量網(wǎng)格提高數(shù)值計(jì)算效率[14]。進(jìn)行模擬計(jì)算前需要對(duì)網(wǎng)格數(shù)進(jìn)行無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，即隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加計(jì)算結(jié)果不發(fā)生顯著變化[15]。本研究中，采用Fluent前處理軟件Mesh進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，并對(duì)進(jìn)水管、射流口、排污口等位置進(jìn)行了網(wǎng)格加密處理。采用有限體積法求解三維N-S方程，有限差分法求解RNG k-ε湍流模型方程，求解方法采用壓力隱式求解，壓力速度耦合方式采用SIMPLE算法，湍流動(dòng)能采用一階迎風(fēng)離散格式。

數(shù)值計(jì)算邊界條件設(shè)置：入口邊界為速度入口(velocity-inlet)，射流速度為1 m/s，湍流強(qiáng)度為5.7%，水力直徑為0.004 m，出口采用壓力出口邊界(pressure-outlet)，池底邊界和池壁均采用固體壁面邊界，假設(shè)水面無(wú)剪切力和滑移速度，按自由界面處理，壓力值為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

1.3 水動(dòng)力學(xué)特征量

流場(chǎng)特性對(duì)養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的生物有特定影響[16]，水動(dòng)力學(xué)特征量用以描述流場(chǎng)特性。入口沖擊力(Fi)[17]、養(yǎng)殖池阻力系數(shù)(Ct)[18]、速度分布均勻系數(shù)(DU50)[19]和養(yǎng)殖池底部平均速度(v1)[20]等為常見(jiàn)的水動(dòng)力學(xué)特征量，計(jì)算公式如下：

Fi=ρQ(vin-vavg)，

(1)

(2)

DU50=v50/v1×100,

(3)

(4)

其中：ρ為水的密度(kg/m3)；Q為入口流量(L/h)；vin為射流入口速度(m/s)；vavg為養(yǎng)殖池系統(tǒng)的平均流速(m/s)；A為濕周(m2)(池底和側(cè)壁的表面積之和)；DU50接近100說(shuō)明養(yǎng)殖池內(nèi)的水流速度分布均勻且沒(méi)有小渦流區(qū)域；v50為循環(huán)速度較低的50%面積的平均值(m/s)；vi為所測(cè)點(diǎn)i的速度(m/s)；ri為所測(cè)點(diǎn)i距離池心的水平距離(m)；hj為所測(cè)點(diǎn)j距離水池底部的高度(m)；v1為養(yǎng)殖池底部區(qū)域的平均速度(m/s)(設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)定養(yǎng)殖池底部速度分布均勻性時(shí)考慮監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于養(yǎng)殖池中心出水口的距離和距底面高度)；n為同一水平面內(nèi)所測(cè)點(diǎn)的數(shù)目(n=33)；m為同一豎直面內(nèi)所測(cè)點(diǎn)的數(shù)目(m=5)。

本研究中，對(duì)養(yǎng)殖池系統(tǒng)水體分層和流速區(qū)間做如下定義：

(1) 養(yǎng)殖池水深為h(m)，距離池底高度為hz(m)，0.00≤hz/h≤0.25為養(yǎng)殖池底層，0.25

(2) 定義0.00≤v/vavg≤0.50為低流速區(qū)間，0.50

本研究中對(duì)v50處理時(shí)考慮了Oca等[18]提出的方程并對(duì)其略做修改，考慮到測(cè)量點(diǎn)所在平面相對(duì)于水池底部高度的距離，將v50值計(jì)算為每個(gè)采樣點(diǎn)的速度加權(quán)值，其計(jì)算公式為

(5)

其中：v50j為距離池底高度為j所在截面的循環(huán)速度較低的50%面積的平均值。

2 數(shù)值模型驗(yàn)證

為驗(yàn)證數(shù)值模型建立的正確性和模擬結(jié)果的精度，將數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果與 Oca等[21]的試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了比較。

模型參數(shù)：圓形養(yǎng)殖池直徑為0.49 m，水深為0.06 m，底部排污口直徑為0.01 m,射流口直徑為0.007 m，射流速度為0.47 m/s。模型以四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，對(duì)進(jìn)水管、射流口、排污口等位置進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，網(wǎng)格和節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為568 477和129 796，最小網(wǎng)格尺寸為0.000 481 m。

按照Oca等[21]方法設(shè)置一個(gè)通過(guò)圓形池中心的縱切面，在距離養(yǎng)殖池底面高度hz=0.03 m所在截面進(jìn)行速度監(jiān)測(cè)，將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)監(jiān)測(cè)平均值結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(圖1)。從圖1可見(jiàn)，無(wú)論是受到出水口影響的臨近養(yǎng)殖池中心位置、中間區(qū)域，還是接近養(yǎng)殖池壁的較高流速區(qū)，誤差均在7%以內(nèi)，且數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)相同變化規(guī)律，二者整體吻合良好，這表明本研究中建立的數(shù)值模型合理，精度滿足要求，該數(shù)值模型可以用于養(yǎng)殖池流場(chǎng)特性研究。

3 矩形圓弧角養(yǎng)殖池?cái)?shù)值模型建立

本研究中數(shù)值計(jì)算選用的養(yǎng)殖池結(jié)構(gòu)參數(shù)主要是參照現(xiàn)有工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖池常用結(jié)構(gòu)尺度，數(shù)值計(jì)算對(duì)主體結(jié)構(gòu)尺度進(jìn)行模型比尺縮放并對(duì)部分結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

矩形圓弧角養(yǎng)殖池結(jié)構(gòu)參數(shù)為：長(zhǎng)L×寬B=1 m×1 m，圓弧角半徑R=0.25 m，水深H=0.2 m (相對(duì)弧寬比R/B=0.25，徑深比B/H=5∶1，長(zhǎng)寬比L/B=1∶1)；進(jìn)水管直徑為0.02 m，進(jìn)水管貼近池壁沿水深方向垂直布置，自上而下均勻設(shè)置直徑為D=0.004 m的射流孔，射流孔位置與池壁間的水平距離C=0.01 m(進(jìn)徑比C/B=0.01)，進(jìn)水管的射流孔射流速度恒定為1 m/s，進(jìn)水管射流孔射流方向與池壁相切(射流角度與池壁切向夾角為0°)；出水口大小Dout=0.02 m,設(shè)置于池底中心位置，池底無(wú)底坡。

所建養(yǎng)殖池模型如圖2所示(A，單根進(jìn)水管布設(shè)于養(yǎng)殖池直壁中間位置，簡(jiǎn)稱直壁單管；B，單根進(jìn)水管布設(shè)于養(yǎng)殖池弧壁中間位置，簡(jiǎn)稱弧壁單管)，數(shù)值計(jì)算模型網(wǎng)格劃分采用四面體網(wǎng)格，在進(jìn)水管、射流口、排污口位置進(jìn)行網(wǎng)格加密，數(shù)值計(jì)算模型網(wǎng)格和節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為1 255 312和258 854。同時(shí)進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，與更精細(xì)的網(wǎng)格(網(wǎng)格數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為1 502 199和317 023)進(jìn)行比較，網(wǎng)格細(xì)化后(圖3)，數(shù)值計(jì)算結(jié)果無(wú)明顯變化。

4 數(shù)值模擬結(jié)果與討論

4.1 射流孔數(shù)(日循環(huán)次數(shù))對(duì)養(yǎng)殖池流場(chǎng)特性的影響

直壁單管養(yǎng)殖池系統(tǒng)在不同射流孔數(shù)(日循環(huán)次數(shù)不同)工況下特征量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1、表2，距池底高度hz=0.03、0.10、0.17 m時(shí)的速度分布云圖如圖4所示。調(diào)整射流孔數(shù)對(duì)養(yǎng)殖池內(nèi)(尤其是底部)流場(chǎng)分布特性影響明顯，隨著射流孔數(shù)的增加(日循環(huán)次數(shù)增大)養(yǎng)殖池內(nèi)平均流速明顯增大(表1、圖4)。射流孔數(shù)N=4的養(yǎng)殖池內(nèi)不同水平截面水體的速度變化率為43.8%～56.3%，而日射流孔數(shù)N=21的養(yǎng)殖池內(nèi)不同水平截面水體的速度變化率為5.1%(表2)。不同水平截面間的平均速度變化小于10%，說(shuō)明養(yǎng)殖池系統(tǒng)功率損失率相對(duì)較小[22]。養(yǎng)殖池內(nèi)的平均流速隨射流孔數(shù)的增加而增大，而阻力系數(shù)Ct與池內(nèi)平均速度變化呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性(表1)。這是因?yàn)樯淞骺讛?shù)增加(日循環(huán)次數(shù)增加)，養(yǎng)殖池內(nèi)水體的水力停留時(shí)間較短，單位時(shí)間輸入養(yǎng)殖池系統(tǒng)的總能量增加的同時(shí)，射流水體與池壁、池底等摩擦撞擊引起的能量損失消耗所占比率減小，維持水體質(zhì)點(diǎn)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能量消耗比率上升，進(jìn)而養(yǎng)殖池內(nèi)水體的整體流速增加，故養(yǎng)殖池系統(tǒng)的阻力系數(shù)降低。出水口處速度則隨射流孔數(shù)的增多呈現(xiàn)增大趨勢(shì)(表2)，出水口處的速度增大有利于對(duì)污物的驅(qū)動(dòng)進(jìn)而提高集排污效率。

4.2 進(jìn)水管布設(shè)位置對(duì)養(yǎng)殖池流場(chǎng)特性的影響

對(duì)矩形圓弧角養(yǎng)殖池中直壁單管和弧壁單管兩種進(jìn)水管布設(shè)位置不同的工況開(kāi)展數(shù)值計(jì)算，射流方向均與養(yǎng)殖池側(cè)壁相切(圖2)。弧壁單管養(yǎng)殖池系統(tǒng)水動(dòng)力特征量統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)顯示，當(dāng)射流孔數(shù)一定時(shí)(日循環(huán)次數(shù)恒定)，與直壁單管的進(jìn)水結(jié)構(gòu)布設(shè)位置相比，弧壁單管養(yǎng)殖池內(nèi)平均流速較高，而養(yǎng)殖池系統(tǒng)的阻力系數(shù)Ct較低，故弧壁單管的布設(shè)有利于提高養(yǎng)殖池內(nèi)的平均流速，同時(shí)降低養(yǎng)殖池系統(tǒng)的阻力系數(shù)Ct。

距離池底高度分別為hz=0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 m 5個(gè)截面設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)(每個(gè)截面監(jiān)測(cè)點(diǎn)取橫豎和交叉4條交叉線，中心點(diǎn)取1個(gè)點(diǎn)，除中心點(diǎn)外每條交叉線取8個(gè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)面共33個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn))，取5個(gè)截面監(jiān)測(cè)結(jié)果的平均值計(jì)算兩種進(jìn)水管布設(shè)位置的養(yǎng)殖池底部的速度分布均勻系數(shù)DU50。

從表1可見(jiàn)，隨射流孔數(shù)的增加養(yǎng)殖池底部速度分布均勻系數(shù)增大，而當(dāng)射流孔數(shù)一定時(shí)，弧壁單管養(yǎng)殖池系統(tǒng)內(nèi)平均流速、養(yǎng)殖池阻力系數(shù)Ct和池底速度分布均勻性均優(yōu)于直壁單管養(yǎng)殖池系統(tǒng)。由于輸入養(yǎng)殖池系統(tǒng)的能量主要是抵消養(yǎng)殖池系統(tǒng)阻力消耗和克服水體質(zhì)點(diǎn)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力能量損耗，從而維持養(yǎng)殖池系統(tǒng)水體運(yùn)動(dòng)，因此，在射流孔數(shù)較少的工況(日循環(huán)次數(shù)較低)下，抵抗養(yǎng)殖池系統(tǒng)阻力消耗占輸入能量比例高，進(jìn)而抵抗水體質(zhì)點(diǎn)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力能量損耗占比低，養(yǎng)殖池系統(tǒng)水體整體混合均勻性差，而在射流孔數(shù)較多(日循環(huán)次數(shù)較高)的工況下則呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。此外，直壁單管與弧壁單管的速度分布均勻系數(shù)差異隨射流孔數(shù)的增加而減小，可見(jiàn)提高日循環(huán)次數(shù)(增加射流孔數(shù))有利于提高兩種進(jìn)水結(jié)構(gòu)布設(shè)工況的養(yǎng)殖池內(nèi)速度分布的均勻性，此趨勢(shì)也說(shuō)明弧壁單管與直壁單管相比克服養(yǎng)殖池系統(tǒng)阻力消耗能量更小，進(jìn)而養(yǎng)殖池系統(tǒng)水體整體呈現(xiàn)混合更加均勻的狀態(tài)。

表1 直壁單管和弧壁單管養(yǎng)殖池系統(tǒng)的水動(dòng)力特征量統(tǒng)計(jì)Tab.1 Hydrodynamic variables of single inlet pipe in straight edge and arc edg in an aquaculture tank

表2 直壁單管養(yǎng)殖池系統(tǒng)不同射流孔數(shù)的流速分布統(tǒng)計(jì)Tab.2 Velocity distribution characteristic statistics of different jet holes in the single inlet pipe in an aquaculture tank

圖5給出了距池底高度hz=0.01、0.03、0.10 m時(shí)，直壁單管和弧壁單管兩個(gè)工況的速度分布云圖和速度矢量圖。養(yǎng)殖池底部流場(chǎng)分布的特征將直接影響?zhàn)B殖池內(nèi)(尤其池底)固體顆粒物如殘餌糞便的分布與“遷移”。從圖5可見(jiàn)，直壁單管在與射流方向相反的相鄰圓弧角附近易出現(xiàn)低流速區(qū)及小漩渦區(qū)域，固體顆粒物如殘餌糞便沉降后易在池底此區(qū)域沉積，對(duì)養(yǎng)殖池底部的殘餌糞便驅(qū)動(dòng)及集排污產(chǎn)生不利影響。與直壁單管布設(shè)位置速度矢量圖相比，弧壁單管速度矢量圖(圖5)顯示，其底部流場(chǎng)更加均勻，低流速區(qū)向排污中心聚集，流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡更加規(guī)則，排污口附近的流動(dòng)模式接近活塞流流動(dòng)條件，利于固體顆粒物如殘餌糞便在此處沉降，且池底四周與排污口周圍形成較大的速度梯度，利于殘餌糞便向排污口匯聚遷移。此外，兩種進(jìn)水管布設(shè)位置對(duì)養(yǎng)殖池底部流場(chǎng)分布規(guī)律的影響較明顯，而對(duì)養(yǎng)殖池中上部空間(hz/h≥0.25)影響較小，這既有利于池底固體顆粒物如殘餌糞便等向排污口匯聚遷移，又有利于養(yǎng)殖池上部空間溶解氧等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及硝酸鹽、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)的均勻分布，利于養(yǎng)殖水體空間的功能發(fā)揮與充分利用。

湛含輝[23]在二次流現(xiàn)象中提出了水流推力接近理論的牛頓公式(F=ma=mRω2)。質(zhì)量較小的固體顆粒物受到二次流的“搬移”作用時(shí)，由于所受離心力較小，因而與離心力方向相反的水流推力起主要作用，固體顆粒物克服了離心力的作用而匯聚到底部中心。本研究中，養(yǎng)殖池底部流場(chǎng)速度矢量圖(圖5)顯示，弧壁單管布設(shè)工況水體在圓弧角處的運(yùn)行半徑總體小于直壁單管布設(shè)工況，在相同入水水流推力下，弧壁單管布設(shè)工況相比直壁單管布設(shè)工況的角速度(ω)大，因而弧壁單管布設(shè)工況二次流的現(xiàn)象更加明顯。二次流現(xiàn)象存在于一切黏性流體做曲線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，并以旋轉(zhuǎn)面存在于“邊壁”，尤其是底部平面，因而弧壁單管布設(shè)工況在養(yǎng)殖池底部出現(xiàn)了更為明顯的二次流現(xiàn)象，但對(duì)中上層流場(chǎng)的影響不大。

5 結(jié)論

本研究中基于有限體積法和有限差分法建立三維數(shù)值計(jì)算模型，在驗(yàn)證的基礎(chǔ)上對(duì)矩形圓弧角養(yǎng)殖池在不同日循環(huán)次數(shù)(射流孔數(shù))、單進(jìn)水管結(jié)構(gòu)不同布設(shè)位置等工況下流場(chǎng)(尤其是池底)水動(dòng)力特性進(jìn)行了影響研究，得出以下結(jié)論：

(1)在計(jì)算養(yǎng)殖池內(nèi)速度分布均勻系數(shù)DU50時(shí)考慮了其所在位置相對(duì)于養(yǎng)殖池底面高度，改進(jìn)后的v50計(jì)算公式為

(2) 提高日循環(huán)次數(shù)(增加射流孔數(shù))對(duì)養(yǎng)殖池(尤其是池底)流場(chǎng)特性有明顯影響。隨日循環(huán)次數(shù)的增加(射流孔數(shù)增加)，養(yǎng)殖池內(nèi)平均流速增加且養(yǎng)殖池系統(tǒng)的阻力系數(shù)Ct降低，其中日循環(huán)次數(shù)為100～120次/d (本研究對(duì)應(yīng)射流孔數(shù)為18～21個(gè))時(shí)，養(yǎng)殖池內(nèi)尤其是底部能達(dá)到較優(yōu)流場(chǎng)狀態(tài)。

(3) 同一日循環(huán)次數(shù)(射流孔數(shù)恒定)工況下，弧壁單管布設(shè)位置的養(yǎng)殖池底部速度分布均勻性明顯優(yōu)于直壁單管布設(shè)位置，弧壁單管布設(shè)位置是單通道矩形圓弧角養(yǎng)殖池進(jìn)水系統(tǒng)的優(yōu)選布設(shè)。