Kontrol af skvulpende bevægelser i havbaserede dambrugsbure forbedrer fiskevelfærden

Havbaserede fiskeopdrætssystemer, der anvender netstier, er hårde for miljøet og fiskene. Et lukket bur kan forbedre fiskevelfærden, men fersk havvand skal løbende cirkuleres gennem buret. Imidlertid, havets bølger kan få dette cirkulerende vand til at skvulpe inde i buret, skabe voldsomme bevægelser og bringe buret og fiskene i fare.

En undersøgelse, der bruger et skalamodel af fiskeindeslutningssystem, er rapporteret i Væskers fysik . Undersøgelsen viser, hvorfor der opstår voldsomme skvulpende bevægelser, og hvordan man minimerer dem.

Blide strømme kan kunstigt opretholdes inde i cylindriske lukkede bure udviklet til lakseopdræt. Strømmen produceres ved at injicere havvand gennem dyser i siden, skabe et cirkulært flow indeni. Den maksimale strømningshastighed bør ikke overstige den kritiske svømmehastighed, hvormed laks kan svømme komfortabelt i længere tid.

Mens denne kunstige strøm forbedrer fiskesundheden, det påvirker også de naturlige frekvenser af skvulp, der kan ophidses inde i det flydende bur af havbølger. Disse voldsomme skvulpende bevægelser opstår, selv når relativt små bølger rammer buret, da resonansfænomenet forstærker bølgebevægelsen.

"I den videnskabelige litteratur, lignende problemer med væskedynamisk adfærd i roterende tanke er kun blevet fundet i undersøgelser af stabilitet og kontrol af raketbrændstoftanke, gasturbiner, og centrifuger, " sagde medforfatter Claudio Lugni.

"Det er ikke ligetil at anvende resultater om rakettanke på akvakulturtanke, " sagde medforfatter Andrei Tsarau.

For at løse dette problem, en skalamodel af et cylindrisk fiskebur var fastgjort til en mekanisk rig, der kunne flytte cylinderen fra side til side. Skalamodellen var delvist fyldt med vand og inkluderede dyser til at injicere en kunstig cirkulær strøm.

Da systemet blev oscilleret sidelæns af riggen, skvulpende bevægelser begyndte og blev overvåget af sensorer i tanken.

"Afhængig af forceringsfrekvensen, Forskellige skvulp-regimer karakteriseret ved forskellige bølgeformer og amplituder på væskens frie overflade blev observeret i eksperimentet, sagde Lugni.

Beregningsmæssige og teoretiske undersøgelser med og uden den roterende strøm blev udført og sammenlignet med eksperimentet. Efterforskerne fandt ud af, at den voldsomme skvulp, der observeres, når væsken i cylinderen ikke cirkuleres, kan undertrykkes ved de samme excitationsfrekvenser, hvis væsken roteres med høje nok vinkelhastigheder.

Denne effekt kan være gavnlig for relativt små bure med en radius på mindre end 10 meter under tvangsskrænkende forhold. I sådanne bure, væsken kan roteres med høj nok vinkelhastighed uden at tvinge fiskene til at svømme med hastigheder over deres kritiske grænse.

"For større bure, den samme vinkelhastighed ville føre til strømningshastigheder for høje for fisken, sagde Tsarau.