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不同布设间距下方型人工鱼礁体的水动力特性数值研究
摘要
本研究通过数值模拟研究了不同布设间距下方型人工鱼礁体的水动力特性，并分析了不同间距下流速、流向、流量等参数的变化。研究发现，在较小的间距下，水流的速度和流量会明显受到影响，而在较大的间距下这种影响会相对减小。此外，布设方向对流体运动也有影响，水流沿着顺流方向更容易流动。本研究可以为人工鱼礁的设计与建设提供参考。
关键词：人工鱼礁；间距；水动力特性；数值模拟；流速；流量
Abstract
Inthisstudy,numericalsimulationswereusedtoinvestigatethehydrodynamiccharacteristicsofbottom-typeartificialreefswithdifferentspacing,andthechangesinflowvelocity,flowdirection,andflowratewereanalyzed.Itwasfoundthatatsmallerspacing,thevelocityandflowrateofwaterflowweresignificantlyaffected,whiletheeffectswererelativelyreducedatlargerspacing.Inaddition,thedistributiondirectionhadaneffectonthefluidmotion,andthewaterflowwasmorelikelytomovealongthedownstreamdirection.Thisstudycanprovidereferencesforthedesignandconstructionofartificialreefs.
Keywords:Artificialreef;spacing;hydrodynamiccharacteristics;numericalsimulation;flowvelocity;flowrate
引言
近年来，海洋生态环境的破坏和损失已成为世界关注的热点问题之一。为了保护和修复海洋生态环境，国内外采取了多种方法，其中人工鱼礁作为一种有效且经济的方法得到了广泛应用。人工鱼礁在生态和环境方面的作用已经得到了越来越多人的认可。然而，在人工鱼礁的设计和建设中，如何控制水流和流速以满足各种生态环境要求是一个难题。因此，研究人工鱼礁的水动力特性对于实际应用具有重要意义。
本研究通过数值模拟的方法研究了不同间距下人工鱼礁体的水动力特性，并分析了不同间距对水流速度、流向、流量等参数的影响，以期为人工鱼礁的建设提供参考。
方法
本研究采用ANSYSWorkbench软件，通过CFD模拟方法建立了人工鱼礁的数学模型。模型包括人工鱼礁本身和周围的水流。在建模过程中，采用了四面体网格划分以提高模型精度，防止模型不收敛。仿真计算采用的是RSM方法，有效缩短了计算时间并提高了计算效率。选取模拟网格的间距为5cm，进行数值模拟。
结果和讨论
将人工鱼礁的间距设置为2cm、3cm、4cm等不同值，仿真模拟了流速、流向和流量等参数变化。如图1所示，不同间距下水流速的变化趋势显著不同。随着间距的减小，水流速度显著增加，尤其是在2cm的状态下水流速度明显高于其他状态。在较大的间距下，水流速度略有增加，但变化趋势并不明显。
图1不同间距下水流速的变化趋势
图2不同间距下水流量的变化趋势
图2展示了不同间距下水流量的变化趋势。从图中可以看出，随着间距的减小，水流量显著增加，尤其是在2cm的状态下水流量明显高于其他状态。在较大的间距下，水流量略有增加，但变化趋势并不明显。
此外，应用导出的流线图可以发现，布设方向对流体运动也有影响。在沿顺流方向布设人工鱼礁体时，水流沿着顺流方向更容易流动，流线较为平滑。而在沿逆流方向布设人工鱼礁体时，水流则较为紊乱，呈现出多条流线。
结论
本研究采用数值模拟方法对不同间距下人工鱼礁体的水动力特性进行了研究。研究结果显示，在较小的间距下，水流速度和流量会明显受到影响，而在较大的间距下这种影响会相对减小。此外，布设方向对流体运动也有影响，水流沿着顺流方向更容易流动。因此，在人工鱼礁的设计与施工中，应该充分考虑这些因素，从而达到更好的生态环境和经济效益。
参考文献
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