網(wǎng)板周圍流態(tài)的可視化研究進(jìn)展

莊鑫，邢彬彬，許傳才，李超，羅振博

馬丁一1，齊雨琨1，張國(guó)勝1、3

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.東京海洋大學(xué) 海洋科學(xué)部，東京 108-0075；3.大連海洋大學(xué) 遼寧省海洋牧場(chǎng)工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116023)

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網(wǎng)板周圍流態(tài)的可視化研究進(jìn)展

莊鑫1、2，邢彬彬1、3，許傳才1、3，李超1，羅振博1

馬丁一1，齊雨琨1，張國(guó)勝1、3

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.東京海洋大學(xué) 海洋科學(xué)部，東京 108-0075；3.大連海洋大學(xué) 遼寧省海洋牧場(chǎng)工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116023)

摘要:對(duì)網(wǎng)板的研究目前主要集中于網(wǎng)板流體力學(xué)方面，而對(duì)網(wǎng)板周圍流態(tài)的研究甚少。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)板周圍流態(tài)的可視化，不僅有利于為網(wǎng)板的性能優(yōu)化提供借鑒，也可為計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。本研究中，綜合采用線條法和氫氣泡發(fā)生法對(duì)3種不同類型網(wǎng)板可視化的相關(guān)研究，分析了矩形平面網(wǎng)板、立體曲面網(wǎng)板和雙翼型網(wǎng)板模型周圍水流的流態(tài)分布，解析了流態(tài)分布與網(wǎng)板升力特性的關(guān)系，并對(duì)中國(guó)在網(wǎng)板研究中所存在的問題和今后的可實(shí)施性發(fā)展提出一些建議。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)板可視化；線條法；氫氣泡發(fā)生法；流態(tài)分布；升力特性

目前,世界范圍內(nèi)使用著各式各樣的網(wǎng)板，如由矩形平面網(wǎng)板演變而來(lái)的矩形平面V型網(wǎng)板、橢圓型網(wǎng)板、圓型網(wǎng)板等，以及由彎曲板演變而來(lái)的Suberkrub網(wǎng)板、立式曲面網(wǎng)板、立式曲面V型網(wǎng)板、雙翼型網(wǎng)板等[1-16]。關(guān)于網(wǎng)板的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要集中在網(wǎng)板的流體力學(xué)性能方面，僅見國(guó)外學(xué)者利用可視化研究網(wǎng)板周圍流態(tài)分布與網(wǎng)板升阻力特性的關(guān)系，中國(guó)到現(xiàn)階段為止對(duì)網(wǎng)板周圍流態(tài)可視化的研究仍屬空白。使網(wǎng)板周圍流態(tài)呈現(xiàn)可視化，并掌握其流態(tài)變化規(guī)律，不僅容易了解網(wǎng)板流體力特性變化的原因，也為網(wǎng)板的改進(jìn)提供一種直觀的手段。隨著高速計(jì)算機(jī)的發(fā)展，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)研究得到了飛速發(fā)展，利用CFD數(shù)值模擬“虛擬流場(chǎng)”的技術(shù)也日漸成熟,使網(wǎng)板周圍流態(tài)呈現(xiàn)可視化,為CFD數(shù)值模擬的結(jié)果提供驗(yàn)證[17]。

網(wǎng)板周圍流態(tài)的可視化分析研究，通常采用線條法和氫氣泡發(fā)生法[18-22]。所謂線條法又稱為流線法，是指將放入氣流或水流中的線條一端固定后，根據(jù)自由一端所呈現(xiàn)的姿勢(shì)來(lái)判斷流的方向。而氫氣泡發(fā)生法是指在水流中插入正負(fù)電極，通電后水被電解并產(chǎn)生可見氫氣泡，通過(guò)氫氣泡隨水流流動(dòng)時(shí)遇到物體后流態(tài)發(fā)生的改變進(jìn)而判斷流態(tài)的分布情況。本研究中，結(jié)合網(wǎng)板可視化分析的相關(guān)研究，綜述了矩形平面網(wǎng)板、立體曲面網(wǎng)板和雙翼型網(wǎng)板模型周圍水流的流態(tài)分布，并解析了流態(tài)分布與網(wǎng)板升力特性的關(guān)系，以期為中國(guó)拖網(wǎng)網(wǎng)板的性能分析提供參考。

1矩形平面網(wǎng)板

1.1升阻力系數(shù)與沖角的關(guān)系

展弦比為0.5的矩形平面網(wǎng)板，其升阻力特性如圖1-A所示。當(dāng)沖角小于40°時(shí)，升力系數(shù)隨沖角的增加而增大；當(dāng)沖角大于30°后，升力系數(shù)的增加幅度減緩；當(dāng)沖角為40°時(shí)，升力系數(shù)達(dá)到最大(1.24)，之后隨著沖角的持續(xù)增加，升力系數(shù)呈下降趨勢(shì)，而阻力系數(shù)則增大；當(dāng)沖角為45°時(shí)，阻力系數(shù)到達(dá)一個(gè)極大值，而后減少；當(dāng)沖角大于50°后，阻力系數(shù)再次呈增長(zhǎng)趨勢(shì)[2]。

1.2線條法

利用線條法，觀測(cè)矩形平面網(wǎng)板內(nèi)側(cè)和背側(cè)的線條分別在沖角為20°和40°時(shí)的擺動(dòng)情況(圖2，水流流向:左→右)，即內(nèi)側(cè)和背側(cè)周圍水流的流態(tài)分布。根據(jù)內(nèi)側(cè)線條的擺動(dòng)情況，當(dāng)沖角為20°或40°時(shí)，中心部附近的線條均比較整齊，但上下兩端的線條均出現(xiàn)由內(nèi)側(cè)向背側(cè)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，而且前緣部線條的擺動(dòng)幅度比后緣部明顯，說(shuō)明在網(wǎng)板內(nèi)側(cè)和背側(cè)之間存在一股迂回流，方向由內(nèi)側(cè)流向背側(cè)，即網(wǎng)板內(nèi)側(cè)壓力大于外側(cè)壓力，并且前緣部的內(nèi)背壓差比后緣部大；另外，沖角為20°時(shí)對(duì)應(yīng)線條的擺動(dòng)幅度大于沖角為40°時(shí)的擺動(dòng)幅度，說(shuō)明在沖角為20°～40°的變化過(guò)程中，迂回流強(qiáng)度減弱，內(nèi)側(cè)壓力降低，背側(cè)壓力升高。

圖1　3種類型網(wǎng)板的實(shí)物圖及其升阻力系數(shù)與沖角的關(guān)系[2-4]Fig.1　Three kinds of otter board and lift, drag coefficient of flat plate, vertical cambered plate, biplane-type otter board in relation to the angle of attack, respectively[2-4]

根據(jù)背側(cè)線條的擺動(dòng)情況，當(dāng)沖角為20°時(shí)，網(wǎng)板前緣出現(xiàn)渦旋，上下兩端的線條呈現(xiàn)由內(nèi)側(cè)向背側(cè)擺動(dòng)的趨勢(shì)，并與網(wǎng)板呈分離態(tài)勢(shì)。當(dāng)沖角為40°時(shí)，渦旋已覆蓋整個(gè)網(wǎng)板背側(cè)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的升力系數(shù)達(dá)到最大值。根據(jù)機(jī)翼理論[24-29]，置入氣流中的機(jī)翼，隨著沖角的增大，機(jī)翼上側(cè)呈負(fù)壓增長(zhǎng)狀態(tài)，而機(jī)翼下側(cè)的壓力劇增，在翼端處形成螺旋狀渦流，并隨主流向下流側(cè)流去，即形成翼端渦。矩形平面網(wǎng)板的展弦比比機(jī)翼要小得多，受翼端渦的影響更大；翼端渦在從高壓側(cè)向低壓側(cè)迂回的過(guò)程中，受翼面的阻擋而產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)，形成渦升力和誘導(dǎo)阻力。其中渦升力對(duì)網(wǎng)板的升力特性起貢獻(xiàn)作用，而誘導(dǎo)阻力則是使矩形平面網(wǎng)板的阻力系數(shù)形成極大值的主要原因。

注：上圖為網(wǎng)板內(nèi)側(cè)的水流流態(tài)；下圖為網(wǎng)板背側(cè)的水流流態(tài)Note：above diagrams，the inside；below diagrams，the backside圖2　利用線條法觀測(cè)矩形平面網(wǎng)板內(nèi)側(cè)和背側(cè)的流態(tài)[23]Fig.2　Flowing visualization on the inside and back side of flat plate by the tuft method[23]

1.3氫氣泡發(fā)生法

利用氫氣泡發(fā)生法，觀測(cè)矩形平面網(wǎng)板在沖角為20°和40°時(shí)，中心線和下端部的氣泡分布(圖3，水流流向:左→右)，即中心線和下端部周圍的流態(tài)分布。根據(jù)中心線周圍的氣泡分布，當(dāng)沖角為20°時(shí)，網(wǎng)板前緣出現(xiàn)水流與網(wǎng)板分離的現(xiàn)象，但分離水流又迅速附著在網(wǎng)板上；當(dāng)沖角為40°時(shí)，分離現(xiàn)象進(jìn)一步擴(kuò)散，但后緣處的水流仍然附著在網(wǎng)板上。樸倉(cāng)斗等[19]利用氫氣泡發(fā)生法對(duì)展弦比為0.5和1.5的平面網(wǎng)板進(jìn)行可視化觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于展弦比為0.5的平面網(wǎng)板，展弦比為1.5的平面網(wǎng)板對(duì)應(yīng)的失速角更小，而且沖角為20°附近時(shí)，展弦比為1.5的平面網(wǎng)板還未達(dá)到失速時(shí)，分離現(xiàn)象已擴(kuò)散到整個(gè)網(wǎng)板背側(cè)。

根據(jù)下端部的氣泡分布，當(dāng)沖角為20°時(shí)，下端部出現(xiàn)螺旋狀的翼端渦，并伴隨清晰的翼端渦中心軸。一般情況下，翼端渦中心軸是由于翼端渦較強(qiáng)的向心力，使翼端渦中心處匯集大量氣泡而形成的。對(duì)于平面網(wǎng)板，翼端渦中心處最大速度為水流速度的3至5倍。沖角為40°時(shí)，翼端渦仍可見，但相對(duì)于沖角20°時(shí)的狀態(tài)，翼端渦擴(kuò)散，翼端渦中心軸的消失表明，在沖角為20°～40°的變化過(guò)程中，翼端渦強(qiáng)度在減弱，這也是沖角大于30°后升力系數(shù)增長(zhǎng)減緩的原因之一。另外，根據(jù)中心線水流分離后又附著在網(wǎng)板上的現(xiàn)象，表明翼端渦有抑制水流分離的作用，但隨著沖角的增大水流分離強(qiáng)度增加，而翼端渦的強(qiáng)度卻在減弱，導(dǎo)致翼端渦對(duì)水流分離的抑制作用呈下降趨勢(shì)[30]。

注：上圖為網(wǎng)板中心線的水流流態(tài)；下圖為網(wǎng)板下端部的水流流態(tài)Note：above diagrams，the central section；below diagrams， the down tip section圖3　利用氫氣泡發(fā)生法觀測(cè)矩形平面網(wǎng)板中心線和下端部的流態(tài)[23]Fig.3　Flowing visualization around the central section and the down tip section of the flat plate by hydrogen bubbles[23]

2立式曲面網(wǎng)板

2.1升阻力系數(shù)與沖角的關(guān)系

展弦比為1.5、彎曲度為15%的立式曲面網(wǎng)板，其升阻力特性如圖1-B所示。當(dāng)沖角小于18°時(shí)，升力系數(shù)隨著沖角的增加而增大；當(dāng)沖角為18°～27°時(shí)，升力系數(shù)趨向一個(gè)穩(wěn)定值，并在沖角為27°時(shí)升力系數(shù)達(dá)到最大(1.58)；當(dāng)沖角大于27°時(shí)，升力系數(shù)呈下降趨勢(shì)，而阻力系數(shù)一直呈增長(zhǎng)趨勢(shì)[3]。

2.2線條法

利用線條法，觀測(cè)立式曲面網(wǎng)板內(nèi)側(cè)和背側(cè)線條在沖角為20°和35°時(shí)的擺動(dòng)情況(圖4，水流流向:左→右)。根據(jù)內(nèi)側(cè)線條的擺動(dòng)情況，沖角為20°或35°時(shí)，中心部附近的線條比較整齊，而上下端線條出現(xiàn)由內(nèi)側(cè)向背側(cè)擺動(dòng)的現(xiàn)象，表明翼端渦存在。當(dāng)沖角為35°時(shí)，上下兩端線條的擺動(dòng)幅度減弱，翼端渦強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。大體來(lái)說(shuō)，立式曲面網(wǎng)板和矩形平面網(wǎng)板的內(nèi)側(cè)流態(tài)分布相近。

根據(jù)背側(cè)線條的擺動(dòng)情況，當(dāng)沖角為20°時(shí)，網(wǎng)板前緣部的線條擺動(dòng)整齊，但后緣部卻出現(xiàn)因水流分離而形成的渦旋，造成線條凌亂，說(shuō)明立式曲面網(wǎng)板與矩形平面網(wǎng)板的背側(cè)流態(tài)存在差別；而上下兩端的線條均向背側(cè)方向擺動(dòng)，并與網(wǎng)板分離。當(dāng)沖角為35°時(shí)，后緣部渦旋已波及到前緣，并且根據(jù)上下端線條的擺動(dòng)狀況，翼端渦的強(qiáng)度在減少。因此，沖角從失速前的20°到失速時(shí)的27°，再到失速后的35°變化過(guò)程中，后緣部渦旋在向前緣擴(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)散到某一程度后，翼端渦無(wú)法抑制渦旋，升力系數(shù)迅速下降[23]。

注：上圖為網(wǎng)板內(nèi)側(cè)的水流流態(tài)；下圖為網(wǎng)板背側(cè)的水流流態(tài)Note：above diagrams，the inside；below diagrams， the backside圖4　利用線條法觀測(cè)立式曲面網(wǎng)板內(nèi)側(cè)和背側(cè)的流態(tài)[23]Fig.4　Flowing visualization on the inside and backside of vertical cambered plate by the tuft method[23]

2.3氫氣泡發(fā)生法

利用氫氣泡發(fā)生法，觀測(cè)立式曲面網(wǎng)板在沖角為20°和35°時(shí)中心線和下端部的氣泡分布(圖5，水流流向:左→右)。根據(jù)中心線周圍的氣泡分布，當(dāng)沖角為20°時(shí)立式曲面網(wǎng)板后緣部出現(xiàn)水流分離現(xiàn)象；當(dāng)沖角為35°時(shí)分離現(xiàn)象已覆蓋到整個(gè)網(wǎng)板背側(cè)，水流分離點(diǎn)到達(dá)了最前緣。不同于平面網(wǎng)板，曲面網(wǎng)板前緣水流受網(wǎng)板自身彎曲度影響，抑制前緣水流分離，使水流的起始分離點(diǎn)不同[20]。

根據(jù)下端部周圍的氣泡分布，當(dāng)沖角為20°時(shí)，伴隨有中心軸的翼端渦形成；但當(dāng)沖角為35°時(shí)，翼端渦幾乎消失。樸倉(cāng)斗等[20]利用氫氣泡發(fā)生法對(duì)彎曲度為10%和15%的立式曲面網(wǎng)板進(jìn)行了可視化研究，發(fā)現(xiàn)彎曲度為10%的網(wǎng)板，水流分離點(diǎn)的移動(dòng)速度快于彎曲度為15%的網(wǎng)板；另外，彎曲度為10%的網(wǎng)板形成的翼端渦僅存在于失速前，但彎曲度為15%的網(wǎng)板，失速后仍有翼端渦的存在，這也是日本拖網(wǎng)漁業(yè)中，立式曲面網(wǎng)板的彎曲度設(shè)計(jì)在15%附近的原因之一。

注：上圖為網(wǎng)板中心線的水流流態(tài)；下圖為網(wǎng)板下端部的水流流態(tài)Note：above diagrams， the central section；below diagrams， the down tip section圖5　利用氫氣泡發(fā)生法觀測(cè)立式曲面網(wǎng)板中心線和下端部的流態(tài)[23]Fig.5　Flowing visualization around the central section and the down tip section of vertical cambered plate by hydrogen bubbles[23]

3雙翼型網(wǎng)板

3.1升阻力系數(shù)與沖角的關(guān)系

展弦比為3.0、彎曲度為15%、交錯(cuò)角為30°、翼間隔為9.1 cm的雙翼型網(wǎng)板[4]，其升阻力特性如圖1-C所示。當(dāng)沖角為20°時(shí)，升力系數(shù)達(dá)到最大(1.68)；而阻力系數(shù)在沖角小于60°時(shí)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，大于60°后減少。福田賢吾等[4-5,31]比較了雙翼型網(wǎng)板和單翼型網(wǎng)板，發(fā)現(xiàn)雖然兩種網(wǎng)板具有相同的最大升力系數(shù)，但所維持升力系數(shù)在1.4以上的能力，雙翼型網(wǎng)板是單翼型網(wǎng)板的2倍，且穩(wěn)定性良好。

3.2線條法

利用線條法，觀測(cè)雙翼型網(wǎng)板在沖角為20°和25°時(shí)，前翼和后翼背側(cè)線條的擺動(dòng)情況(圖6，水流流向:左→右)。根據(jù)前翼背側(cè)線條的擺動(dòng)，當(dāng)沖角為20°或25°時(shí)，僅在前翼后緣部出現(xiàn)微弱的凌亂現(xiàn)象，但整體來(lái)說(shuō)，線條均比較整齊。這是由于前翼背側(cè)的水流受后翼內(nèi)側(cè)水流的壓迫，抑制了前翼背側(cè)水流與網(wǎng)板的分離。根據(jù)后翼背側(cè)線條的擺動(dòng)情況，當(dāng)沖角為20°時(shí)，后翼上下端及后緣部的線條均比較凌亂，但中心處附近的線條仍較整齊，表明后翼后緣部已出現(xiàn)水流分離現(xiàn)象，并且產(chǎn)生了翼端渦；當(dāng)沖角增至25°時(shí)，后緣部的水流分離已擴(kuò)散到前緣[31]。

注：上圖為網(wǎng)板前翼的水流流態(tài)；下圖為網(wǎng)板后翼的水流流態(tài)Note： above diagrams， the fore wing； below diagrams， the rear wing圖6　利用線條法觀測(cè)雙翼型網(wǎng)板前、后翼的流態(tài)[31]Fig.6　Flowing visualization on the fore wing and rear wing of biplane-type otter board by the tuft method[31]

3.3氫氣泡發(fā)生法

利用氫氣泡發(fā)生法，觀測(cè)雙翼型網(wǎng)板在沖角為20°和25°時(shí)，前、后翼中心線和下端部的氣泡分布 (圖7，水流流向:左→右)。根據(jù)中心線周圍的氣泡分布，當(dāng)沖角為20°時(shí)后翼后緣部出現(xiàn)了水流分離現(xiàn)象；當(dāng)沖角增至25°時(shí)水流分離點(diǎn)已向前緣移動(dòng)，因水流分離而產(chǎn)生的渦旋擴(kuò)大，但前翼背側(cè)水流受后翼內(nèi)側(cè)水流的影響，即使沖角增至25°后，中心線附近的水流仍保持較整齊的態(tài)勢(shì)。根據(jù)下端部周圍的氣泡分布，當(dāng)沖角為20°時(shí)前翼內(nèi)側(cè)氣泡越過(guò)翼端后流向下流側(cè)，與后翼產(chǎn)生的螺旋狀翼端渦匯合；但沖角達(dá)到25°時(shí)翼端渦的起始點(diǎn)已向前緣移動(dòng)，螺旋狀翼端渦輪廓變得不清晰[31]。

4流態(tài)分布與升力特性的關(guān)系

4.1網(wǎng)板中心線的流態(tài)分布與升力特性的關(guān)系

注：上圖為網(wǎng)板中心線的水流流態(tài)；下圖為網(wǎng)板下端部的水流流態(tài)Note：above diagrams，the central section；below diagrams， the down tip section圖7　利用氫氣泡發(fā)生法觀測(cè)雙翼型網(wǎng)板中心線和下端部的流態(tài)[31]Fig.7　Flowing visualization around the central section and the down tip section of biplane-type otter board by hydrogen bubbles[31]

綜合上述3種不同類型網(wǎng)板的可視化分析研究，了解到不論是利用線條法或氫氣泡發(fā)生法，這些網(wǎng)板在從失速前到失速時(shí)再到失速后的變化過(guò)程中，均呈現(xiàn)這樣的規(guī)律:失速前，平面網(wǎng)板前緣發(fā)生水流與網(wǎng)板分離的現(xiàn)象，彎曲板及雙翼型網(wǎng)板中的后翼則在后緣發(fā)生水流分離現(xiàn)象，此時(shí)對(duì)應(yīng)的升力系數(shù)均處于上升趨勢(shì)，但隨著沖角的增加，升力系數(shù)的增長(zhǎng)變得緩慢；失速時(shí)，因水流分離而產(chǎn)生的渦旋擴(kuò)散，甚至可以覆蓋到整個(gè)網(wǎng)板背側(cè)，形成巨大的渦旋流域，此時(shí)對(duì)應(yīng)的升力系數(shù)達(dá)到最大值；失速后，渦旋繼續(xù)擴(kuò)散，并覆蓋到整個(gè)網(wǎng)板背側(cè)，此時(shí)升力系數(shù)呈下降狀態(tài)，可以判斷網(wǎng)板的失速與水流分離產(chǎn)生的渦旋存在聯(lián)系。因此，如何延緩網(wǎng)板的失速，關(guān)鍵在于對(duì)水流流態(tài)分布的控制，盡量阻礙水流分離的發(fā)生及擴(kuò)散，這會(huì)相應(yīng)地提升網(wǎng)板的升力特性。日本等漁業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家利用層流機(jī)翼理論，通過(guò)對(duì)機(jī)翼形狀的改進(jìn)，改善氣流流經(jīng)機(jī)翼時(shí)的壓力分配，進(jìn)而影響機(jī)翼周圍的氣流分布，延緩機(jī)翼的失速，提高了機(jī)翼的升力特性，利用這個(gè)理論，改進(jìn)網(wǎng)板形狀也取得了良好的進(jìn)展[30，32-35]。

4.2網(wǎng)板下端部的流態(tài)分布與升力特性的關(guān)系

綜合3種不同類型網(wǎng)板下端部周圍的流態(tài)分布，失速前均形成了螺旋狀翼端渦，并伴隨著清晰的翼端渦中心軸，但失速后翼端渦的輪廓變得不清晰，甚至消失。因此，可以判斷翼端渦的強(qiáng)度在減弱，網(wǎng)板內(nèi)側(cè)與背側(cè)的壓力差變小，導(dǎo)致翼端渦對(duì)網(wǎng)板背側(cè)水流分離的抑制作用減弱。同時(shí)，翼端渦會(huì)產(chǎn)生渦升力和誘導(dǎo)阻力，且渦升力對(duì)網(wǎng)板的升力特性起著貢獻(xiàn)作用。樸倉(cāng)斗等[2]在對(duì)不同展弦比的平面網(wǎng)板的研究中，了解到展弦比越小的平面網(wǎng)板受翼端渦的影響越大。因此，如何控制翼端渦的強(qiáng)度，即網(wǎng)板內(nèi)側(cè)和背側(cè)壓力差損失的控制，對(duì)網(wǎng)板升力特性的提升同樣起著關(guān)鍵作用，日本研究者從機(jī)翼中附加小翼的啟發(fā)中，研制翼端板，減緩壓力差的損失，提高了網(wǎng)板的升力特性。

5現(xiàn)狀及展望

利用可視化技術(shù)可以更深層次地了解網(wǎng)板的水動(dòng)力特性，為網(wǎng)板的改良和研制提供一種直觀的認(rèn)識(shí)。目前，針對(duì)網(wǎng)板的可視化研究，國(guó)外僅有少數(shù)研究者[18-20,30-33]在進(jìn)行，國(guó)內(nèi)尚未見相關(guān)研究。中國(guó)網(wǎng)板的可視化研究，首先應(yīng)從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)施的建設(shè)著手，構(gòu)建針對(duì)漁網(wǎng)具研究所需的大型回流水槽，以及三分測(cè)力儀、六分測(cè)力儀、氫氣泡發(fā)生儀器、流速計(jì)等儀器；其次，將網(wǎng)板的可視化技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，開展網(wǎng)板的可視化相關(guān)研究。中國(guó)近海的拖網(wǎng)漁業(yè)占有一定的比重，但普遍使用的網(wǎng)板，如矩形平面網(wǎng)板、矩形平面V型網(wǎng)板等均存在擴(kuò)張性能差、效率低等缺點(diǎn)[6,8-10,12]，因此，可以從網(wǎng)板的可視化技術(shù)角度分析這些網(wǎng)板水動(dòng)力性能差的原因，并對(duì)這些網(wǎng)板進(jìn)行改良，提高網(wǎng)板性能。再者，國(guó)內(nèi)研究者普遍采用風(fēng)洞來(lái)進(jìn)行網(wǎng)板模型的水動(dòng)力性能實(shí)驗(yàn)[7,11]，因此，利用風(fēng)洞進(jìn)行網(wǎng)板的可視化實(shí)驗(yàn)是否可行值得深入研究。目前，世界范圍內(nèi)對(duì)于漁網(wǎng)具的研究已經(jīng)邁入CFD數(shù)值模擬的階段[36-37]，可利用計(jì)算機(jī)模擬網(wǎng)板周圍的流態(tài)分布，了解其水動(dòng)力特性。但是，CFD數(shù)值模擬結(jié)果是在恒溫和流速不變的條件下得到的，需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)板模型的水動(dòng)力性能實(shí)驗(yàn)和可視化實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。因此，中國(guó)今后需要將理論研究、模型實(shí)驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬相結(jié)合，進(jìn)行網(wǎng)板可視化的系統(tǒng)研究，為舊式網(wǎng)板的改良優(yōu)化和新型網(wǎng)板的開發(fā)研制提供技術(shù)支撐。

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A review of flowing visualization of different types of otter board

ZHUANG Xin1,2， XING Bin-bin1,3， XU Chuan-cai1,3， LI Chao1， LUO Zhen-bo

MA Ding-yi1， QI Yu-kun1， ZHANG Guo-sheng1,3

(1.College of Marine Science and Environment, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China; 2.Department of Ocean Sciences, Tokyo University of Marine Science and Technology, Tokyo 108-0075, Japan; 3. Center for Marine Ranching Engineering Science Research of Liaoning, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China)

Abstract：There have been some studies on hydrodynamic characteristics of otter board, and little research on flow visualization of otter board. Flowing visualization not only directly is involved in cognition to the improvement of otter board，but also is the important prerequisites for computer simulation. This paper deals with the research of flow visualization for 3 kinds of otter board types, rectangular flat, vertical cambered plate, and biplane-type otter board by the tuft method and hydrogen bubbles, and the relationship between flow distribution and lift force characteristics are valuated to provide contributions for the improvement of old type otter board and the development of new type otter board.

Key words：visualization of otter board； tuft method； hydrogen bubbles； flow distribution； lift force characteristic

通信作者：張國(guó)勝(1960—)， 男， 博士， 教授。E-mail:hyx-zhang@dlou.edu.cn

作者簡(jiǎn)介：莊鑫(1988—)， 男， 碩士研究生。E-mail:zhuangxin19880201@163.com

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201203018)

收稿日期：2014-10-29

中圖分類號(hào)：S972

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-1388(2015)02-0237-06

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2015.02.024