新型混合侧网与底网设计的浮式网箱在流场中的性能评估与优化研究

为解决传统HDPE网箱在强流条件下变形严重、养殖体积损失大的问题，研究人员通过水槽实验系统评估了方形和八边形金属框架网箱在混合侧网(HN-FN/WN-FN)和不同底网配置下的流体动力学性能。研究发现，八边形网箱在1.4 m/s流速下仍能保持60%以上养殖体积，且混合侧网设计(HN-FN)较纯金属网(WN-FN)可降低30%阻力。该研究为离岸养殖网箱结构优化提供了重要数据支撑。

　　

随着全球水产养殖产量在2022年首次超过捕捞渔业，占比达到渔业总产量的59%，浮式网箱系统作为主流养殖技术面临严峻挑战。传统高密度聚乙烯(HDPE)框架搭配纤维网(FN)的网箱在强海流中易发生严重变形，导致养殖体积锐减，直接影响鱼类福利和产量。更令人担忧的是，虽然金属网(WN)和混合金属-纤维网(HN)能显著提升结构稳定性，但相关研究仍十分有限，且现有技术存在初始成本高、系统重量大等瓶颈问题。

针对这一产业痛点，东京海洋大学的研究团队在《Applied Ocean Research》发表了一项创新研究。该团队通过精密的水槽实验，首次系统比较了方形和八边形金属框架网箱在混合侧网(HN-FN/WN-FN)和不同底网配置下的流体动力学性能。研究采用弗劳德相似准则(Froude's law)和迪克森定律(Dickson law)构建比例模型，利用数字图像处理技术量化网箱变形，并通过水下载荷传感器精确测量阻力。

在网箱高度保持方面，研究发现：

1. 底网重量效应：增加底部配重可使网高比(N_h)在低流速(0.7 m/s)下提升2.5倍，但在高流速(1.4 m/s)时效果锐减，此时纯纤维网箱(FN-FN)的N_h仍低至0.3-0.5。
2. 侧网材质突破：混合侧网(HN-FN)使网箱在1.4 m/s流速下N_h提升39%，而纯金属侧网(WN-FN)更可达80%，显著优于传统设计。

在养殖体积保持方面：

1. 八边形网箱展现绝对优势：在同等重量下，八边形网箱体积减少率(V_r)比方形网箱低31%，验证其流线型结构的优越性。
2. 混合网创新价值：HN-FN配置在1.4 m/s流速下仅损失38%体积，且单位体积阻力(F_{d_v})比WN-FN低30%，实现稳定性与经济性的最佳平衡。

阻力特性研究揭示：

1. 流速主导效应：流速从0.5增至1.6 m/s时，阻力增长3-5倍，远超配重的影响幅度。
2. 结构刚度代价：WN-FN网箱的F_{d_v}与流速平方成正比，在1.4 m/s时达28.94 kN/m³，比HN-FN高出70%。

该研究的工程价值体现在三方面：首先，首次量化比较了不同网结构在真实海况下的性能差异，为网箱选型提供科学依据；其次，创新提出的混合侧网(HN-FN)方案，以更低成本实现接近金属网的稳定性；最后，验证了底部框架和垂直钢索对维持网箱形态的关键作用。这些发现不仅解决了离岸养殖中网箱变形的核心难题，更为未来智能网箱的模块化设计奠定了理论基础。研究团队特别指出，下一步将结合波浪-海流耦合作用，进一步优化网箱的三维抗变形能力。