铝合金链式网板在规则波中的水动力特性实验研究及其在深远海养殖中的应用价值

为解决金属网衣在深远海养殖中水动力特性数据匮乏的问题，研究人员通过实验室波浪水槽实验，系统研究了链式铝合金网板在规则波中的波力载荷（Fx）与遮蔽效应。结果表明，网板波透射系数（1±0.04）和遮蔽系数（1±0.07）均接近1，证实其波浪遮蔽效应可忽略；同时基于Morison方程优化获得拖曳系数（Cd）和附加质量系数（Cm），为金属网衣结构设计提供关键参数。该研究填补了铜合金网衣水动力性能研究空白，对深远海抗生物附着网箱研发具有重要指导意义。

　　

随着全球海洋养殖产业向深远海迈进，传统聚乙烯（PE）网衣面临生物附着导致的阻力激增（可达清洁网衣10倍）和结构失效风险。铜合金网衣虽具抗生物附着优势，但其水动力特性研究长期空白，尤其波浪环境中遮蔽效应和载荷规律不明，制约深远海养殖装备设计。针对这一瓶颈，清华大学深圳国际研究生院团队在25米波浪水槽中开展创新实验，首次揭示链式铝合金网板在规则波中的独特水动力行为。

研究采用物理模型实验结合数值优化方法。通过定制铝制网板（模型比例1:1，网目边长8mm，净实度比S_n=0.23）和六自由度力传感器，测量不同波高（H）、周期（T）和浸没深度下的波力载荷（F_x）；布置多点浪高仪量化上下游波高衰减；基于Morison方程反演优化C_d和C_m。

链式铝合金网板和网衣
实验采用与铜合金网衣相同拓扑结构的链式铝网，确保结果可推广。网板由刚性铝框和柔性网衣组成，通过对比带框/无框试件分离网衣贡献。

无遮蔽效应时的网板波力
数据显示水平波力F_x与波高平方正相关，且惯性力占比随周期延长而增大。通过力分解发现网衣贡献占主导（70%-90%），其C_d值（1.0-1.2）显著低于PE网衣，反映金属网衣低流阻特性。

网板的遮蔽效应分析
颠覆性发现：无论单层或双层网布置，波透射系数（下游波高/上游波高）始终为1±0.04，遮蔽系数（下游网板受力/无遮蔽受力）为1±0.07，证明金属网衣几乎不衰减波浪能量。这与PE网衣显著遮蔽效应（透射系数可低至0.6）形成鲜明对比。

浸没深度影响
网板从水面浸没至0.3倍波长时，所有系数变异小于5%，证实金属网衣水动力性能对位置不敏感。

该研究首次建立金属网衣在波浪中的C_d-C_m数据库，其"无遮蔽效应"的发现颠覆传统认知，解释为何铜合金网箱在波浪中容积稳定性优于PE网箱（如Cha和Lee2018年观测）。优化后的Morison方程参数可精准预测网架载荷（误差<7%），为深远海抗生物附着养殖装备设计提供理论基石。研究结果已应用于国家重点研发计划（2022YFB4201300）支持的深水网箱项目，推动养殖产业向离岸化、智能化发展。