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为解决养殖池中溶解氧（DO）分布不均、流场优化等问题，研究人员基于计算流体动力学（CFD）开展养殖池流场及 DO 分布研究。通过模型分析与物理实验，发现调整进水管位置、增加供氧等可改善分布，为养殖池设计及供氧策略提供依据。
在水产养殖领域，尤其是高价值鱼类的养殖中，营造适宜的生长环境是提升养殖效率和鱼类品质的关键。大西洋鲑鱼（Salmo salar）作为全球重要的养殖物种，其野生种群因过度捕捞和栖息地变化而锐减，人工养殖成为满足市场需求的主要途径。目前，循环水养殖系统（Recirculating Aquaculture Systems，RAS）和 offshore mobile platforms（如挪威、中国等国家开发的配备 RAS 的井船）被广泛应用，这些系统虽能较好地控制养殖环境，但仍面临诸多挑战。
水温和水质直接影响大西洋鲑鱼的生长速度、饲料转化率和存活率。其适宜生长水温为 12~16℃，溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）需维持在 7mg/L 以上，低于 5mg/L 时生长和摄食会显著受抑。然而，在封闭或半封闭的养殖系统中，如船载 RAS 或大型井船的养殖池，常出现 DO 分布不均的情况，部分区域 DO 过高，部分区域过低。这种不均比整体低 DO 更有害，会导致同一批次鱼类生长速度差异显著，增加捕捞和运输难度，同时低氧区域易积累废物和氨，为有害细菌滋生创造条件，引发疾病。此外，流场的均匀性、自清洁能力以及鱼类适宜的游泳速度（大西洋鲑鱼商品鱼 preferred swimming speed 为 1.0~1.5 body lengths per second，BL/s）等问题也亟待优化。
为解决上述问题，上海根海渔业有限公司的研究人员开展了相关研究，旨在探究养殖池内流场和 DO 分布规律，为养殖池设计和不同生产阶段的供氧策略提供科学依据。该研究成果发表在《Aquacultural Engineering》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：
- 计算流体动力学（CFD）模拟：运用非稳态雷诺平均纳维 - 斯托克斯（Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes，URANS）方法，结合 RNG k-ε 湍流模型和欧拉（Eulerian）方法，对养殖池内的流场和氧气传输进行模拟。通过用户自定义函数（User-defined Function，UDF）模拟鱼类耗氧过程。
- 物理实验：基于雷诺相似性，进行了 1:15 比例的物理实验，以验证模拟结果的可靠性，确保动态相似性。
流速分布研究
对养殖池纵向截面、进水管横截面以及不同深度（H=2.5m、5m、10m、15m）的水平截面进行流速分析。在前期网格独立性验证中发现，进水管离池壁过近会导致池中部大面积区域流速较低。通过调整进水管位置，使其与池壁保持一定距离，显著改善了流速分布的均匀性，减少了低流速区域。
典型条件下溶解氧分布
初始 DO 浓度设定为 8.29mg/L（模拟 13℃、盐度 35‰海水中的氧溶解度）。在阶段 1（幼鱼早期），供氧远大于耗氧，DO 浓度较高且分布相对均匀；随着鱼类生长，耗氧增加，当供氧不足时，增加循环量有助于提高养殖池维持 DO 的能力。研究还发现，整体 DO 浓度与供氧和耗氧之差呈线性关系。
氧锥损坏紧急情况研究
大型 RAS 通常配备 2~6 个氧锥，运行中可能出现部分氧锥损坏的情况。研究选取两种紧急情况进行模拟，结果表明，损坏发生时，提高剩余氧锥的压力或循环频率，同时增加流速，可加速池内 DO 水平的恢复，保障鱼类生存环境。
结论与讨论
本研究通过 CFD 建模与物理实验相结合的方法，系统分析了船载养殖池内的流场和 DO 分布规律。结果表明，调整进水管位置和适度增加供氧对流速和 DO 分布的均匀性有显著积极影响，DO 浓度与氧供需差呈线性关系，循环量在供氧不足时对维持 DO 至关重要。这些发现为养殖池的优化设计（如进排水口布局、池型设计）和不同养殖阶段的供氧策略（如根据鱼类生长阶段调整供氧量、应对设备故障的紧急措施）提供了重要依据，有助于提高养殖效率、鱼类品质和生产稳定性，减少因环境问题导致的经济损失和病害风险。
然而，当前研究主要基于无鱼和无障碍物的模型，而实际养殖中鱼类的存在和活动会对流场产生影响。未来研究需将鱼类行为和其他障碍物的影响纳入计算模型，以进一步提升模拟的准确性和实用性，为水产养殖的智能化、精细化管理奠定更坚实的基础。该研究在推动水产养殖环境调控技术发展、促进可持续渔业方面具有重要的科学意义和应用价值。
