养殖网箱颗粒物扩散数值模拟方法研究
摘要
深海网箱养殖作为开发和利用海洋资源的重要途径，在拓展海洋养殖空间、保护海
洋环境以及缓解市场上对海产品的供需紧张方面具有重要的作用。随着深海养殖网箱的
推广与使用，解决了近岸水域的养殖压力，拓宽养殖空间等问题，但同时也带来一些新
的影响。由于网箱饵料以及鱼群排泄物等网箱废弃物长期定点排放，致使网箱废弃物堆
积，造成鱼病频发、养殖鱼类品质下降，也导致养殖水域海水富营养化、赤潮现象等环
境问题，增加了深海养殖成本，降低了海水养殖效率，影响了海洋生态环境，因此，有
必要对养殖废弃物进行合理的回收与处理。为了高效回收养殖废弃物，需要对废弃物的
扩散范围进行预测，掌握废弃物颗粒在波流环境影响下的扩散规律。本文采用数值模拟
结合模型试验的方法，对波流环境下网箱内部饵料颗粒扩散进行研究，为合理制定废弃
物回收策略奠定基础。
首先，采用计算流体力学（CFD）与离散元方法（DEM）耦合方法，提出本文的数
值模拟方法，开展球形颗粒以及圆柱形颗粒的数值模拟；结合前人研究成果对球形颗粒
的数值进行验证，同时进行圆柱形颗粒的沉降试验，验证数值模拟方法的准确性。
其次，以饵料相关物理特性的测试为基础，在实验室条件下，进行了饵料沉降扩散
试验，主要包括静水中饵料单颗粒沉降试验、不同波浪环境下饵料单颗粒沉降试验以及
不同波浪环境下饵料多颗粒的扩散试验。对饵料沉降与扩散过程进行追踪，得到静水中
和不同波浪环境中饵料沉降的数据，为数值模拟提供试验验证数据。
最后，开展不同波浪条件、不同流速下饵料颗粒沉降与扩散的数值模拟和波流环境
中的饵料扩散数值模拟，以及实际波流环境中的养殖网箱饵料扩散模拟。结合数值模拟
结果，分析饵料的扩散规律，通过改变不同波流环境分析其对饵料沉降扩散的影响。
通过本文的研究，得出波流环境中饵料的扩散规律，为养殖网箱饵料的投放与废弃
物回收提供指导。研究结果表明，在波浪环境中单饵料颗粒沉降垂向速度呈周期性变化，
且周期性逐渐衰减，而多饵料颗粒则在波浪环境中沿水平方向作往复运动；饵料颗粒的
落点位置则主要受水流流速影响，流速越大则扩散范围越广；波流的联合作用中，流速
为影响饵料沉降速度与落点位置的主要影响因素，而波浪则对饵料扩散过程产生影响。
关键词：计算流体力学；离散元方法；饵料扩散；数值模拟；模拟试验
养殖网箱颗粒物扩散数值模拟方法研究
Abstract
Asanimportantwaytodevelopandutilisemarineresources,deep-seanet-penaquaculture
playsanimportantroleinexpandingthespaceformarineaquaculture,protectingthemarine
environmentandalleviatingthesupplyanddemandtensionformarineproductsinthemarket.
Withthepromotionanduseofdeep-seaculturenets,ithassolvedtheproblemssuchasthe
pressureofcultureinnear-shorewatersandwidenedtheculturespace,butitalsobringssome
newimpacts.Theaccumulationofnettingwaste,suchasnettingbaitandfishexcrement,has
ledtothefrequentoccurrenceoffishdiseasesandadeclineinthequalityoffarmedfish,as
wellastoeutrophicationandredtides,whichhaveincreasedthecostofdeep-seaaquaculture,
reducedtheefficiencyofmaricu