Study of a novel fish farm concept consisting of a large-volume spar and nets
Master thesis
Date
2020Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for marin teknikk [3436]
Abstract
I løpet av de siste par årene har det dukket opp mange nye konsepter for produksjon avlaksefisker. Mye på grunn av Fiskeridirektoratets utdelinger av utviklingstillatelser. Mangeav disse konseptene er komplekse konstruksjoner bestående av stor-volum komponenterog not, med slakk forankring, som videre er planlagt å være plassert offshore. Hensiktenmed denne oppgaven var dermed å studere et eksempel av en slik konstruksjon og viderese på samhandlingen mellom stor-volum komponenten og omringende not, både i bølgerog i strøm.
Dette temaet ble studert ved å gjennomføre både eksperimentelle forsøk og numeriskeutregninger på et slakt forankret fiskeoppdrett, bestående av en stor-volum sentersøyle,omringet av et åttekantet rammeverk som not-panelene videre var festet i. For å kunnestudere påvirkningen noten har på stor-volum konstruksjonen, så ble alle eksperiment ogutregninger gjennomført med og uten not.
De eksperimentelle resultatene fra slepetestene viste at drag kreftene på fiskeoppdrettetble doblet når not var festet på. Disse resultatene ble videre støttet av numeriske utregninger.De numeriske utregninger viste videre at når not var festet på, så stod noten formajoritet av drag kreftene, da noten reduserte kreftene på de andre konstruksjonsdelene.Det ble videre funnet numerisk at implementeringen av reduksjonsfaktorer, for å ta i betraktningpåvirkningen fra noten på strømingen, var essensielt for å estimere drag krefteneriktig. I tillegg ble det funnet ut at å ta hensyn til sentersøylens påvirkning på strømningenresulterte i økte krefter på noten, samtidig som det ga mer nøyaktige resultat.
Fra de eksperimentelle forsøkene i regulære bølger ble det funnet at noten resulterte i mindrebevegelser, i tillegg til å endre fasene til bevegelsene noe. Hovedsakelig på grunn av øktdemping. Dette førte videre til reduserte oscillerende og midlere krefter på forankringssystemet.Selv om de midlere kreftene i bølger ble redusert med not, så var de likevel fortsatt isamme størrelsesorden som drag kreftene i strøm for fiskeoppdrettet med not. De midleredrift-kreftene fra bølger bør derfor fortsatt tas hensyn til, for eksempel ved dimensjoneringenav forankringssystemet til en slik konstruksjon. Fra de numeriske utregningenei regulære bølger ble det oppnådd resultater som pekte i retningen av at mer nøyaktigeutregninger kan bli oppnådd, dersom man tar hensyn til det diffrakterte bølgeprofilet frastor-volum konstruksjonen, når man regner kreftene på omringende not og søyler. Medtanke på noten, så ble det gjennomført en numerisk sammenligning der resultatene indikerteat kreftene på noten øker når man tar hensyn til diffraksjon. Mest sannsynlig som etresultat av hastighetsøkning rundt sentersøylen og endrede innstrømningsvinkler på noten.
Det blir derfor konkludert med at det vil være flere samhandlingseffekter mellom not ogen stor-volum konstruksjon i nærheten av hverandre og noen av disse interaksjonene harblitt identifisert og kvantifisert både numerisk og eksperimentelt i denne oppgaven. For the last couple of years a lot of new fish farm concepts have emerged as a result of thegranting of development licenses by the Norwegian Directorate of Fisheries. Several ofwhich are complex structures consisting of large-volume components and nets, with slackmooring, planned to be located offshore. The purpose of this thesis has therefore been tostudy an example of such as structure and to asses the interaction between a large-volumestructure and surrounding nets, both in regular waves and in current.
This subject was studied by performing both experimental tests and numerical calculationson a slack moored fish farm consisting of a large-volume spar in the centre, encircled by anoctagonal framework, to which net-panels were attached. In order to study the influencenets have on the large-volume structure, all experiments and calculations were performedwith and without nets.
The experimental results from the towing tests found that the drag of the fish farm wasapproximately doubled when nets were attached. These results were supported by numericalcalculations. The numerical calculations further suggested that the nets themselves,when attached, comprise of the majority of the drag, as they reduced the drag on the otherstructural components. It was further found numerically that implementation of reductionfactors to account for the influence of the nets on the flow, was essential to estimatethe drag correctly. In addition it was found that taking into account the presence of thespar with respect to the flow, resulted in increased forces on the nets and more accuratenumerical results.
From the experimental tests in regular waves there were found that the nets resulted inreduced motions, in addition to slightly alter the phases, mainly due to increased damping.This further resulted in smaller oscillatory and mean forces acting on the mooring system,with nets attached. However even though the mean forces were reduced with nets, it wasfound that they still were in the same order of magnitude as the drag forces in current, andshould therefore be considered, for instance in the dimensioning of the mooring system.From the numerical calculations in regular waves there were obtained some results indicatingthat more accurate results might be achieved if the diffracted wave pattern from thelarge-volume structure is taken into account on the surrounding nets and columns. Withrespect to the nets, a numerical investigation was performed, in order to take a closer lookinto how the forces on the nets change if diffraction of the centre spar is taken into account,compared to assuming undisturbed waves. The results pointed towards the forces on thenet-panels being increased, when taking diffraction into account. Likely a result of alteredinflow angles and speed-up around the spar.
It is therefore concluded that there are several different interaction effects between netsand a large-volume structure in proximity of one another and some of these interactionshave been identified and quantified both numerically and experimentally in this thesis.