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秋刀鱼(Cololabis Saira)是中国远洋渔业的重要捕捞对象,被北太平洋渔业委员会列为优先管理种类之一。舷提网是秋刀鱼渔业生产的主要渔具,由网衣、浮棒和纲索等组成,网具的沉降性能、作业形态及兜围性能是影响其捕捞成功率和生产效益的重要因素。为探究舷提网网具在水流条件下的水动力及作业性能,本文采用物理模型试验和计算流体力学(CFD)开展舷提网实物网片和浮棒构件的基础水动力特性研究,为舷提网数值建模提供水动力学参数;利用集中质量法和刚体运动学原理构建舷提网系统耦合模型,通过模型试验和海上实测数据进行验证,研究网具放网和起网关键作业过程及在不同工况(流速、纲索绞速)下的运动响应;评估舷提网网具结构(下纲配重、网目尺寸、网衣材料)、操作技术(下纲曳纲长度)和作业工况(风速)对网具沉降、形态及纲索张力性能的影响,提出优化建议。主要研究结果如下:(1)采用动水槽模型试验和CFD分析舷提网实物网片的水动力及周围流场特性,研究网目张开角度对网片水动力与流场分布的影响。结果显示,网片的水动力系数与雷诺数(Re)、冲角(θ)和占空率(α)有关;网片垂直来流时的法向阻力系数与占空率呈正相关,平行来流时的平行阻力系数与占空率呈负相关;网片与来流倾斜时,随着冲角增加,阻力系数逐渐增大,升力系数呈先增大后减小趋势;阻力系数与占空率存在双重效应,当冲角小于50°时,阻力系数和升力系数与占空率呈负相关,大于50°后相反。多孔介质模型结果表明水流经过网片发生速度衰减,网衣对水体的遮蔽效应和舷提网放网初期船-网不易分离有关。网目张开角度可影响网片水动力与其周围流场;网片垂直来流时的法向阻力系数随张开角度增加而减小,大于60°后逐渐稳定;平行来流时的平行阻力系数随张开角度增加不断增大;网片倾斜来流时,10°~50°冲角内的阻力系数随张开角度增加而增大,升力系数减小,冲角大于50°后阻力系数和升力系数趋于平缓。网目张开角度越小,网片后方流速衰减愈明显,张开角度大于60°后对流场分布影响减弱。(2)通过动水槽模型试验和CFD分析舷提网浮棒在不同浸没深度和流速下的水阻力、表面应力及周围流场特征。结果表明,浮棒的阻力系数分布在0.12~0.63,与其初始浸没深度和流速有关,浸没深度越大,阻力系数相应越大,与流速间的关系受水体是否跃升及浸没浮棒的状态影响。浮棒在迎流侧和背流侧的流态不同,水体在浮棒迎流侧出现液面“爬升”现象,背流侧流场混乱且出现涡流。水流作用下浮棒的表面应力主要集中在迎流面两端和中部,应力大小受其浸没深度和流速影响。(3)基于集中质量法和刚体运动学原理建立舷提网网具数学模型,利用模型试验张力和海上实测沉降数据验证模型性能,以此分析舷提网作业过程及其在不同流速和纲索绞速下的网具形态、纲索张力响应。结果显示,纲索张力及下纲沉降深度的模拟值、试验值与实测值间相对平均误差约20%,方差分析显示三者相互间无显著性差异(P>0.05),表明模型可用于分析舷提网的作业过程。流速影响舷提网的运动形态和沉降性能,随着流速增大,网具形变加剧,下纲沉降深度减小,当海上流速大于0.8 m/s,网具围捕体积损失达62.9%。纲索张力在起网期间逐渐增加,收绞结束时达到峰值,下纲曳纲的张力大于括纲张力。纲索收绞速度影响起网时长、网具形态和纲索张力,随着绞速增加,围捕时间缩短,纲索最大张力增加。模型网括纲与下纲曳纲绞速为0.36 m/s和0.29 m/s时,两者的最大张力分别为24.37 N和44.75 N。(4)采用数值模拟方法研究下纲配重、下纲曳纲长度、网衣材料、网目尺寸及风速对舷提网作业性能的影响。结果表明,增加下纲配重有利于提升网具沉降深度和速度,当超过临界值(23.5 kg/m)后增幅有限,配重每增加10%,纲索张力约增大4.43%~5.30%;增加下纲曳纲长度,网具沉降深度和网口扩张增大,每增加10%下纲曳纲长度,网具沉降深度增加9.29%~13.53%;采用聚酯纤维(涤纶)材料的网具下纲沉降深度及速度稍大于聚酰胺(尼龙)网具,前者的纲索张力较后者张力高3.47%;增加网目尺寸,网具沉降深度和速度加大,将网目由24 mm增至30 mm和35 mm分别可降低9.02%与12.10%的网具阻力;风速影响网具运动速度,但不影响水平放网距离;舷提网原型网在0.4 m/s流速稳定作业时的阻力约为10600.5 N。综上所述,建议舷提网主网衣的网目尺寸增加至30 mm,浮棒的工作浸没深度不宜大于横截面的75%,作业时主要参考流速和风况,海况较差的月份(10~11月)可加大下纲曳纲长度。