超临界CO2水下相变脉冲衰减模型构建及典型鱼类安全阈值研究

本文推荐超临界CO2相变破岩技术（SC-CO2）在水下生态清礁中的应用研究，通过理论推导、实验验证与流体-结构耦合（FSI）数值模拟，量化压力波衰减规律及鱼类生物力学响应，提出分段体长阈值安全网部署策略，为航道工程生态安全优化提供定量依据。

　　

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Underwater phase-transition pulse attenuation model for supercritical CO₂

超临界CO₂水下相变破岩技术通过将液态CO₂密封于裂解管中并维持其超临界状态（临界温度31.1°C，临界压力7.38 MPa）。触发时，点火管加热引发相变，泄压片阈值强度瞬时释放峰值压力。当超临界CO₂急速涌入水域时，形成复杂的气-液两相流，激发冲击波并伴随能量衰减与波形演化。

Introduction to the experimental system

为探究水下破岩后超临界CO₂相变脉冲的传播衰减规律，采用重庆大学自主研发的水下相变脉冲监测系统。该系统包含超临界CO₂流体加压单元、水下裂解单元与冲击波监测单元（图3）。超临界CO₂填充通过高压泵实现，精确控制相变初始条件；水下裂解单元模拟实际礁石清除环境；监测单元采用高灵敏度传感器捕获压力波动态。

Field data and numerical modeling verification

现场测量采用TP-SJB-5M液压传感器（压电式），直接采集电压信号。通过BlastUp软件转换电信号为冲击波压力（灵敏度927.3 μV/kPa），获得各监测点压力-时间历程曲线（图7）。图7(a)展示水下传感器记录的压力波动，揭示近场时空异质性衰减；数值模拟与实验数据高度吻合，验证流体-结构耦合（FSI）模型的可靠性，为鱼类压力响应分析提供精准输入。

Conclusions

本研究通过理论推导、水下破岩实验与流体-结构耦合（FSI）模拟，解析超临界CO₂相变冲击波下鱼体波压的衰减规律与机制，结合长江航道典型鱼类临界安全入射波压，进一步探究鱼类安全临界距离。主要结论如下：