Hydrodynamic Study of ROV (Remotely Operated Vehicle) Operations at Net-based Fish Farms

Abstract

Det er en tendens til at akvakultur flytter oppdrettssteder til stadig mer utsatte steder. Samtidig står industrien overfor problemer med brudd i garnstrukturer og følgelig fisk som rømmer. Utvikling av fjernstyrte kjøretøyer (ROVs) de siste årene har vært en del av automatiseringen av bransjen. Dette muliggjør en relativt kostnadseffektiv måte å inspisere garn og dermed forhindre brudd før de blir for store. For at ROV-er skal fungere på mer utsatte steder, er det nødvendig å forstå hvordan vannstrømmen oppfører seg rundt et oppdrettsanlegg når bølger og strømmer er sterkere.

Værdata fra en av SINTEFs akvakultursteder ved Tristeinen analyseres for å bedre forstå viktige faktorer i modellering av miljøbelastningen. Dette brukes som referanse for å lage et bølgespektrum og storhetsprofil for simuleringene. Målet er å finne en havtilstand nær den operative grensen til ROV. To spektre er opprettet fra en dønning - og vinddominert sjøstat. Modellering av miljøbelastningene utføres ved å skape en tilfeldig tidsrealisering fra spektrene. Everysimulering gjøres med samme fasevinkel for konsistens. Modellen til merden er hentet fra SINTEF, men det var nødvendig å lage en rutine for automatisk generering av mesh basert på mesh-oppløsningen.

En numerisk konvergensstudie ble utført på merden for å identifisere diskretiseringsfeilen. Det blir foretatt en vurdering av kjølvannseffekten på ROV-en. "Sum av sylinder"-modellen vil bli analysert for individuelle paneler og senere implementert i et program for beregning av hastigheten rundt en to-dimensjonal merd som er utsatt for en jevn strømning. Et MATLAB-program er laget for å utvikle og teste modellen mot eksperimentelle resultater. Senere vil en rutine bli skrevet inn i kildekoden til FhSim, simuleringsprogramvaren til SINTEF.

Til slutt vil tidsdomenesimuleringer av ROV-banene i løpet av 4 forskjellige ”oppdrag” bli utført.

There is a tendency of aquaculture moving farming locations to increasingly exposed locations. At the same time,the industry are facing problems with rupture of net structures and consequently fish escapes. Development ofRemote Operated Vehicles (ROVs) recent years has been a part of automation of the industry. This allows fora relatively cost efficient way of inspecting nets and thereby prevent ruptures before they becomes to large. Fo rROVs to function at more exposed locations it is necessary to understand how the flow of the water behaves arounda fish farm when waves and currents are stronger.

Weather data from one of SINTEFs aquaculture locations at Tristeinen is analyzed to better understand importantfactors in modelling of the environmental loads. This is used as reference for creating a wave spectrum andvelocity profile for the simulations. The target is to find a sea condition close to the operational limit of the ROV.Two spectra are created from a swell - and wind dominated seastate.Modeling of the environmental loads are performed by creating a random time realization from the spectra. Everysimulation is done with the same phase angle for consistency. The model of the net cage system is obtained from SINTEF, but it was necessary to create a routine for automatically generate mesh based on the resolution. An umerical convergence study was conducted on the fish cage system to identify the discretization error., an assessment on the net wake effect on the ROV is conducted. The sum of cylinder model will be analyzedfor individual screens and later implemented into a program for calculating the velocity around a 2D net cagesubjected to a uniform flow. A MATLAB program is made to develop and test the model against experimentalresults. Later a subroutine will be written into the source code of FhSim, the simulation software of SINTEF.

At last, time domain simulations of the ROV trajectories during 4 different ”missions” will be conducted.