Морские системы разведения рыбы с использованием сетчатых загонов вредны для окружающей среды и рыбы. Закрытый садок может улучшить условия содержания рыб, но через садок должна постоянно циркулировать свежая морская вода. Тем не менее, океанские волны могут привести к тому, что эта циркулирующая вода будет выплескиваться внутрь клетки, создавая резкие движения и подвергая опасности клетку и рыбу.
Исследование с использованием масштабной модели системы сдерживания рыбы опубликовано в журнале Physics of Fluids издательства AIP Publishing. Исследование показывает, почему возникают резкие выплескивания и как их свести к минимуму.
Мягкие течения можно искусственно поддерживать внутри цилиндрических закрытых садков, разработанных для выращивания лосося. Течение создается за счет впрыска морской воды через боковые сопла, создавая внутри круговой поток. Максимальная скорость потока не должна превышать критической скорости плавания, при которой лосось может комфортно плавать в течение длительного времени.
Хотя это искусственное течение улучшает здоровье рыб, оно также влияет на естественные частоты выплескивания, которые могут быть вызваны океанскими волнами внутри плавучей клетки. Эти резкие выплескивания происходят даже тогда, когда относительно небольшие волны ударяются о клетку, поскольку явление резонанса усиливает волновое движение.
«В научной литературе подобные проблемы гидродинамического поведения во вращающихся баках были обнаружены только в исследованиях стабильности и контроля баков с ракетным топливом, газовых турбин и центрифуг», - сказал соавтор Клаудио Лугни.
«Непросто применить результаты о ракетных танках к аквакультурным аквариумам», - сказал соавтор Андрей Царёв.
Чтобы решить эту проблему, масштабная модель цилиндрической рыбной клетки была прикреплена к механической установке, которая могла перемещать цилиндр из стороны в сторону. Масштабная модель была частично заполнена водой и включала форсунки для подачи искусственного кругового потока.
Когда буровая установка колебала систему вбок, начинались плескательные движения, которые контролировались датчиками в резервуаре.
«В зависимости от частоты воздействия в эксперименте наблюдались различные режимы выплескивания, характеризующиеся различной формой и амплитудой волн на свободной поверхности жидкости», - сказал Лугни.
Расчетные и теоретические исследования с вращающимся током и без него были проведены и сопоставлены с экспериментом. Исследователи обнаружили, что сильное выплескивание, наблюдаемое, когда жидкость в цилиндре не циркулирует, может быть подавлено 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 выплескивания. В таких садках жидкость может вращаться с достаточно высокой угловой скоростью, не заставляя рыб плавать со скоростью, превышающей их критический предел.
"Для более крупных садков такая же угловая скорость привела бы к слишком высокой скорости потока для рыбы", - сказал Царау.