Гидродинамика сетных жестких безузловых конструкций

Сетные жесткие конструкции представляют собой элементы, детали орудий промышленного рыболовства и садков аквакультуры. Они служат с целью заграждения или фильтрации гидробионтов, представляют собой инженерные сооружения. Сетные жесткие конструкции могут быть как вставками в орудиях промышленного рыболовства, также представляют собой селективные решетки и элементы, предотвращающие гидроподпор в тралах. Также являются элементами стационарных орудий рыболовства, таких как вентеря или другие орудия рыболовства или заграждения. В садках аквакультуры сетные жесткие конструкции, элементы которых имеют достаточно большое значение продольного и поперечного модулей упругости E, представляют собой детали, обеспечивающие прочность сетных конструкций. Сетные жесткие конструкции выполняются из пластиковых или алюминиевых стержней в виде цилиндров, которые могут быть как гладкими, так и крученными. В статье рассмотрено применение численного метода для определения гидродинамических характеристик сетных жестких конструкций при помощи разработанного авторами программного обеспечения. Предложены схематизация сетной жесткой конструкции, математическая модель, основанная на дифференциальных уравнениях в частных производных Навье-Стокса, расчетная область, начальные и граничные условия. Расчет проводился на регулярной расчетной сетке по неявной конечно-разностной схеме с применением методов покоординатного расщепления, линеаризации нелинейных уравнений с последующей коррекцией нелинейных коэффициентов, решением полученных трехдиагональных систем методом прогонки. Приводятся результаты численных экспериментов в виде визуализации давления на поверхности различных сетчатых конструкций при различных углах атаки.

1. Недоступ А.А., Ражев А.О. Моделирование орудий и процессов рыболовства. Часть I: учебное пособие. Калининград: Издательство ФГБОУ ВО «КГТУ». 2019. 433 с.

2. Недоступ А.А., Ражев А.О. Моделирование орудий и процессов рыболовства. Часть II: учебное пособие. Калининград: Издательство ФГБОУ ВО «КГТУ». 2019. 444 с.

3. Fredriksson D.W., Swift M.R., Irish J.D., Tsukrov I., Celikkol B. (2003). Fish cage and mooring system dynamics using physical and numerical models with field measurements. Aquacult. Eng. 27. Pp.117-146.

4. Lader P.F., Enerhaug B. (2005).Experimental investigation of forces and geometry of a net cage in uniform flow. IEEE J. Oceanic Eng. 30 (1). Pp. 79-84.

5. Suhey J.D., Kim N.H., Niezrecki C. (2005). Numerical modeling and design of inflatable structures-application to open-ocean-aquaculture cages. Aquacult. Eng. 33, Pp. 285-303.

6. Сиромская Т.В., Сурков Н.А., Немидова А.А., Чагай Т.А., Гирн А.В. Технология изготовления сетчатых конструкций из композиционных материалов / Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2019. Том 1. С. 350-352.

7. Азаров А.В. Проблема проектирования аэрокосмических сетчатых композитных конструкций. Механика твердого тела. 2018, № 4, с. 85-93.

8. Ендогур А.И., Вайнберг М.В., Иерусалимский К.М. Сотовые конструкции. Выбор параметров и проектирование. М.: Машиностроение. 1986. 200 с.

9. Giusto G., Totaro G., Spena P., De Nicola F., Di Caprio F., Zallo A., Grilli A., Mancini V., Kiryenko S., Das S., Mespoulet S. (2021). Composite grid structure technology for space applications. Materials Today: Proceedings. vol. 34 (1). Pp. 332–340.

10. Хахленкова А.А. Сетчатая цилиндрическая оболочка с круглым поперечным сечением и переменной жесткостью // Вестник СибГАУ. 2016. № 4. с. 1028-1036.

11. Рекомендации по применению сортирующей системы «Sort-V» на основе одной жесткой решетки при траловом промысле арктонорвежской трески. Мурманск: Изд-во ПИНРО. 1996. 14 с.

12. Шевченко А.И., Майсс А.А., Акимова О.В. Анализ существующих средств селективности траловых систем на промысле минтая// Научные труды Дальрыбвтуза. 2014. Том 32. С. 42-50.

13. Селективные решетки. URL: http://www.concept-ltd.ru/8760182841 (дата обращения: 22.12.2022).

14. Сортировочная система. URL: http://sevrybproject.ru/ru/sortirovochnaya-sistema (дата обращения: 22.12.2022).

15. Недоступ А.А. Экспериментальная гидромеханика орудий рыболовства. М.: Моркнига. 2014. 363 с.

16. Белов В.А. Гидродинамика нитей, сетей и сетных орудий лова. Калининград: Изд. ОАО МариНПО и Калининградского технического университета. 2000. 202 с.

17. Недоступ А.А., Ражев А.О. Математическая модель взаимодействия распорной траловой доски с водной средой // Морские интеллектуальные технологии. №3 (37). Т.1. 2017. С. 154-157.

18. Недоступ А.А., Ражев А.О. Программное обеспечение для исследования гидродинамики распорных траловых досок // Морские интеллектуальные технологии. №3 (37). Т.1. 2017. С. 168-173.

19. Zhou C., Xu L., Hu F., Qu X. (2015). Hydrodynamic characteristics of knotless nylon netting normal to free stream and effect of inclination. Ocean Eng. 110. Pp. 89-97.

20. Zou B., Thierry N.N.B., Tang H., Xu L., Zhou C., Wang X., Dong S., Hu F. (2021). Flow field and drag characteristics of netting of cruciform structures with various sizes of knot structure using CFD models. Appl. Ocean Res. 106. 102466.

21. You X., Hu F., Takahashi Y., Shiode D., Dong S. (2021). Resistance performance and uidow investigation of trawl plane netting at small angles of attack. Ocean Eng. 236. 109525.

22. Алиев Р.З. О зависимости гидродинамических коэффициентов плоских образцов сетей от числа Рейнольдса // Рыбное хозяйство. 1960. № 7. С. 66-67.

23. Белов В.А. Гидродинамика нитей, сетей и сетных конструкций. Калининград: Изд-во МариНПО. 2000. 201 с.

24. Наумов В.А., Бояринова Н.А. Анализ опытных данных, полученных при поперечном обтекании плоских сетей в переходной области сопротивления. Калининград: Известия КГТУ. 2011. № 20. С. 195-202.

25. Наумов В.А., А.В. Кикот Эмпирические зависимости для коэффициента гидродинамического сопротивления Сх // Труды VIII международной научной конференции, посвященной 80-летию образования университета: сб. науч. тр. / КГТУ. Калининград: Изд-во ФГОУ ВПО «КГТУ». 2010. Ч. 1. С. 255-257.

26. Войниканис-Мирский В.Н., Вишневский Е.Е. О сопротивлении сетных элементов стационарных рыболовных орудий // Рыбное хозяйство. 1971. №8. С. 47-50.

27. Обвинцев А.Л. Расчет сопротивления и подъемной силы плоских сетей // Рыбное хозяйство. 1978. № 1. С. 50-52.

28. Розенштейн М.М., Недоступ А.А. Механика орудий рыболовства. М.: Моркнига. 2011. 528 с.

29. Садовников Ю.М. Натурные испытания тросов. Технический отчет № 19778. Л. 1980. 18 с.

30. Сенин Н.Т. К вопросу о сопротивлении сетей // Сб. науч. трудов Мосрыбвтуза. Вып. I. 1939.

31. Фонарев А.Л. Сопротивление круглого цилиндра // науч. тех. конф. проф.-препод. состава, асп. м студ.: сб. тез. докл. / КТИРПИХ. Калининград, 1994. С. 11-13.

32. Фридман А.Л. Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1981. 327 с.

33. Ferro R.S. (1990). Force coefficients for stranded and smooth cables. Scottish fisheries research report. № 47. p. 10.

34. Imai T. (1979). Basic studies on the plane net set the flowing water. IV: Comparative study of hydro-dynamical resistance on knotted and knotless nettings. Mem. Fac. Fish., Kagoshima Univ. Pp. 1276-1282.

35. Kim S-J., Imai T., Kikukawa H. (1991). Analysis on the curvatures of weighted netting in flow field // Nippon Suisan Gakkaishi. № 57. Pp. 403-408.

36. Miyazaki Y., Takahashi T. (1964). Basic investigation on the resistances of fishing nets-3. The resistance of plane nets // J. Tokyo Univ. Fish. № 50. Pp. 95-102.

37. Miyazaki Y. (1964). Basic investigation on the resistances of fishing nets-12. Discussion on the law of similarity for fishing nets // J. Tokyo Univ. Fish. № 50. Pp. 185-189.

38. Miyazaki Y. (1970). Basic investigations on the resistance of fishing nets-V, the resistance of ropes placed obliquely to the stream // J. Tokyo Univ. Fish. № 56. Pp. 49-86.

39. Miyazaki Y. (1970). The configuration and tension of rope and a plane net in a uniform stream // J. Tokyo Univ. Fish. № 56. Pp. 87-117.

40. Paschen M., Knuths H., Winkel H.J., Ristow E. (2007). Flow investigations of net panels for small angles of attack // Methods for the development and evaluation of maritime technologies DEMAT. p. 23-34.

41. Winkel H.J. (2003). Hydrodynamic forces at a smooth cable scroution spiral. Methods for the development and evaluation of maritime technologies. DEMaT. Pp. 251-261.

42. Yamamoto K., Hiraishi T., Kojima T. (1989). Drag of float and rope encrusted with organisms in scallop culture. Nippon Suisan Gakkashi. 55(10). Pp. 1747-1751.