聚对苯二甲酸乙二醇酯网片近场湍流特性

Turbulence characteristics in the near-field of polyethylene terephthalate net panels

本研究由中国海洋大学水产学院海洋渔业技术研究室完成。研究室在读博士生王志为本文第一作者，毕春伟教授为本文通讯作者。

创新点

本研究面向深远海养殖网箱中广泛使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate, PET）网衣，利用粒子图像测速（Particle Image Velocimetry, PIV）系统测量不同目脚直径与密实度条件下网片近场尾流的湍流特性。研究将PET网衣的网片参数和几何特征纳入实验分析，系统揭示了网目后方射流加速与目脚后方速度衰减并存的近场流动机制；进一步从平均速度、湍流强度、均匀性与各向同性、高阶统计量、积分尺度、涡量发展、能谱特征及虚拟粒子输运等多个层面，阐明了网片密实度和目脚直径对尾流重组、涡量发展及物质输运的影响规律。该研究为PET网片近场湍流建模和CFD模型验证提供了高质量实验数据与物理依据。

导读

随着海水养殖装备向深远海和大型化方向发展，网衣结构对周围流场、物质交换和养殖环境的影响越来越受到关注。网片不仅承担围护鱼群的工程功能，也会像多孔栅格一样改变来流结构，在其下游形成复杂的近场尾流和湍流混合区。准确认识网片后方近场湍流特征，是开展网箱阻力预测、尾流扩散评估、污染物输运分析以及数值模型验证的重要基础。

已有研究对经典栅格湍流、简化网片或远场尾流开展了大量分析，但PET网片具有非标准的混合几何特征：网目呈六边形排列，既包含光滑单丝目脚，也包含双股捻制目脚。此类几何会引入多尺度阻塞、非对称分离和局部剪切层相互作用，使其近场湍流不同于传统方形栅格或理想圆柱阵列。尤其是网片密实度与目脚直径如何共同影响网目后方射流加速、目脚后方速度衰减、湍流衰减、涡量发展和物质输运过程，仍缺乏系统实验认识。

针对这一问题，本研究在中国海洋大学水产学院海洋渔业技术研究室增养殖工程动力水槽中布置PET网片，采用二维PIV技术获取网片下游近场速度场，并结合不确定度分析保证实验数据的可靠性。研究选取四种具有不同目脚直径与密实度的网片，从平均速度、湍流强度、均匀性与各向同性、高阶统计量、积分尺度、涡量发展、能谱特征及虚拟粒子输运等方面，对网片近场尾流结构进行系统分析。通过比较不同几何参数下的流场差异，进一步阐明PET网片几何特征对近场湍流重组、尾流混合和物质输运过程的影响机制，为PET网片水动力评估和数值模型验证提供实验依据。

结论

本研究通过PIV实验揭示了PET网片近场尾流的湍流演化特征。结果表明，网片后方同时存在网目后方射流加速和目脚后方速度衰减，并在下游逐渐混合形成整体尾流。随着网片密实度升高，阻塞效应增强，局部速度差异和湍流强度更加明显，尾流结构也表现出更强的非均匀性和各向异性，其发展受网片密实度和目脚直径共同影响。涡量发展和虚拟粒子输运结果进一步表明，网片几何参数会显著影响涡量发展、尾流混合和粒子停留过程。该研究为PET网片近场流动机理认识和CFD模型验证提供了实验依据。

PET网片近场涡量结构                          虚拟粒子输运过程

期刊介绍

Physics of Fluids是AIP Publishing出版的流体力学领域国际期刊，主要发表气体、液体以及复杂流、多相流等流体动力学方向的理论、计算与实验研究。期刊关注湍流、涡动力学、多相流、流固耦合、生物流体力学、微纳流动等基础与应用流体问题，是流体力学领域具有重要影响力的老牌期刊。2025年影响因子为3.8，JCR分区力学Q2、物理：流体与等离子体Q1。

引用信息

Zhi Wang, Chun-Wei Bi, Sen-Qi Cui, Yin-Xin Zhou, Xue-Wen Zhou, Liu-Yi Huang; Turbulence characteristics in the near-field of polyethylene terephthalate net panels. Physics of Fluids, 38 (7): 075141. https://doi.org/10.1063/5.0335507