Об исследовании с использованием масштабной модели системы сдерживания рыбы сообщается в Physics of Fluids, изданном AIP Publishing. Исследование показывает, почему возникают резкие шлепки и как их минимизировать.
В цилиндрических закрытых садках, разработанных для разведения лосося, можно искусственно поддерживать слабые течения. Ток создается путем впрыскивания морской воды через сопла сбоку, создавая круговой поток внутри.
Максимальная скорость потока не должна превышать критическую скорость плавания, при которой лосось может комфортно плавать в течение длительного времени.
Хотя этот искусственный ток улучшает здоровье рыб, он также влияет на собственные частоты плескания, которые могут быть возбуждены внутри плавучей клетки океанскими волнами. Эти резкие колебательные движения возникают даже тогда, когда на клетку попадают относительно небольшие волны, поскольку явление резонанса усиливает волновое движение.
«В научной литературе аналогичные проблемы гидродинамического поведения во вращающихся баках были обнаружены только при исследованиях устойчивости и управления топливными баками ракет, газовых турбин и центрифуг», – сказал соавтор Клаудио Лугни.
«Непросто применить результаты о ракетных резервуарах к резервуарам для аквакультуры», – сказал соавтор Андрей Царау.
Чтобы решить эту проблему, к механической установке была прикреплена масштабная модель цилиндрической клетки для рыбы, которая могла перемещать цилиндр из стороны в сторону. Масштабная модель была частично заполнена водой и имела форсунки для подачи искусственного кругового тока.
Когда система раскачивалась станком в сторону, начинались колебательные движения, которые отслеживались датчиками в резервуаре.
«В зависимости от частоты нагнетания в эксперименте наблюдались различные режимы плескания, характеризующиеся различной формой и амплитудой волн на свободной поверхности жидкости», – сказал Лугни.
Проведены расчетно-теоретические исследования с вращающимся током и без него и проведено сравнение с экспериментом.
Исследователи обнаружили, что сильное плескание, наблюдаемое, когда жидкость в цилиндре не циркулирует, можно подавить при тех же частотах возбуждения, если жидкость вращается с достаточно высокими угловыми скоростями.
Этот эффект может быть полезен для относительно небольших садков с радиусом менее 10 метров в условиях принудительного раскачивания.
В таких садках жидкость может вращаться с достаточно высокой угловой скоростью, не заставляя рыбу плавать со скоростью выше их критического предела.
«Для больших садков такая же угловая скорость приведет к тому, что скорость потока будет слишком высокой для рыбы», – сказал Царау.