Tilbake til søkeresultatene

MAROFF-2-Maritim virksomhet og offsh-2

Safe operation of CLOSED aquaculture CAGES in WAVES

Alternativ tittel: Lukkede oppdretsmerder - sikker operasjon i bølger

Tildelt: kr 8,0 mill.

Prosjektnummer:

268402

Prosjektperiode:

2017 - 2021

Samarbeidsland:

Oppmerksomheten rundt flytende lukkede oppdrettsanlegg øker, og det er pr. idag flere prototyper i sjøen og enda flere på tegnebrettet. Industrien ønsker med slike løsninger å ha bedre kontroll på vannkvaliteten i merdene, og derigjennom spesielt å unngå problemer med lakselus. Men å gå fra en åpen nettbasert merd til en lukket merd er ikke trivielt. Et lukket vannvolum med fri overflate som vil måtte bevege seg sammen med merden på grunn av vær kan føre til store bølger i merden (sloshing). Dette er til stor forskjell fra en nettbasert merd, der vannet kan bevege seg fritt inn og ut av oppdrettsvolumet. Et lukket anlegg vil ha en masse som er flere tusen ganger massen til et konvensjonelt anlegg, og fordi masse er drivende for krefter er det klart at et lukket anlegg vil oppføre seg svært forskjellig fra en nett-basert anlegg. Dette er spesielt viktig å ta hensyn til ved design av fortøyningssystem til lukkede merder. Sloshing representerer et såkalt resonansproblem hvor bevegelser av merden for noen frekvenser kan føre til store bølgebevegelser inne i merden. Dette vil kunne ha stor påvirkning på merdens dynamiske oppførsel og bevegelser i sjø. Sloshing kan også føre til store laster på konstruksjonen, som må tas hensyn til i design og dimensjonering. Fordi lukkede merder representerer en relativt ny og meget spesiell type marin konstruksjon, finnes det lite data med dokumentert erfaringskunnskap om hvordan lukkede merder oppfører seg i sjø. Derfor ble det gjennomført skalerte modellforsøk av generiske men representative lukket-merd modeller for å studere dynamisk oppførsel av merd og inneholdt vannvolum under påvirkning fra bølger. Analyse av forsøksresultater viser at vannet i merden kan gi kraftig forsterkning av merdens bevegelser og resulterende fortøyningskrefter under relevante bølgeforhold. I modellforsøkene ble det også observert at saktevarierende bølgekrefter og resulterende bevegelser av merden kan dominere fortøyningskreftene ved realistiske sjøtilstander, men hvor kvantitative estimat er beheftet med usikkerhet knyttet til laboratoriebegrensninger. Basert på dette har det blitt gjennomført nye, spissede modellforsøk ved SINTEF Ocean sitt havbassenglaboratorium, hvor elastiske merdmodeller ble testet i realistiske bølgeforhold. To modeller av lukket og semi-lukket merder ble testet. Forsøkene viser at sloshing har stor påvirkning på modellenes bevegelser i bølger og at saktevarierende bølgekrefter og resulterende bevegelser dominerer fortøyningskreftene for begge modellene. Det ble utviklet en beregningsmodell for estimering av dynamisk respons og fortøyningskrefter for stive lukkede merder i sjø. Det ble også utført valideringsstudier der numeriske simuleringer med den utviklede modellen ble sammenlignet med forsøksdata. Resultatene bekreftet modellens anvendbarhet i tilfeller hvor strukturens elastisitet kan neglisjeres. En annen numerisk metode ble utviklet for å studere den kombinerte hydrodynamiske og strukturelle responsen av en elastisk merd, med fokus på estimering av koblede resonansfrekvenser for væske og struktur, og estimering av saktevarierende bølgekrefter på fortøyningssystemet. Disse parameterne ble funnet å være viktige for design og analyse av typiske elastiske lukkede merder. For å opprettholde god vannkvalitet i en lukket merd, er det nødvendig med utskifting av vannet. Lukkede merder har derfor installerte system med pumper og utløp for vannsirkulasjon. I prosjektet er det gjennomført skalerte modellforsøk med tvungen bevegelse av en vannfylt sirkulærsylindrisk tank, for å studere hydrodynamisk interaksjon mellom sloshing og vannsirkulasjon (roterende vannstrøm). I merdmodellen er det installert et rørsystem for sirkulasjon av vannet, hvor hensikten er å representere overordnet strømningsforhold som i et typisk anlegg. Forsøkene viser at rotasjon påvirker vannets dynamikk ved å endre egenfrekvensene til sloshing. Denne effekten kan utnyttes for å manipulere sloshing (og til og med hindre heftige væskebevegelser innenfor et smalt frekvensområde) ved å variere væskens rotasjonshastighet. Dette ble også bekreftet ved å bruke en teori for sloshing i en roterende væske, som predikerer både egenfrekvensene endret av rotasjonen og redusering av bølgeamplitudene ved noen frekvenser, i samsvar med forsøksmålingene. Dermed viser både de eksperimentelle forsøkene og teorien at sloshing i en merd med roterende væske er ganske forskjellig fra sloshing i ikke-roterende væsker i resonans. Forskjellen er større ved høyere strømningshastigheter og for merder med mindre diametere. Det ble publisert flere vitenskapelige artikler som videre utdyper prosjektets resultater og presenterer bl.a. detaljerte analyser av forsøksdataene og anvendelser av numeriske modeller for både stive og elastiske merder. Alt dette kan videre gi grunnlag for forbedring av dagens metoder for design og analyse av lukkede systemer og dermed gjøre dem sikrere fra hydrodynamisk perspektiv.

The project generated new knowledge important for the development of closed aquaculture systems. An active role was taken in the revision of the technical standard NS 9415, which led to the inclusion of a new chapter on closed-containment systems. The project sought to support the development of new aquaculture technology through collaboration with industry partners. Among the latter were Hauge Aqua Solutions AS with their innovative enclosed fish-farming system "Egget" and Hydra Pioner with their semi-closed concept "Produksjonstank". Both concepts have been awarded development licenses by the Norwegian Directorate of Fisheries and are now either under development or in a building phase. The availability of documented experimental experience with closed cages helps farmers and engineers better understand the typical challenges with such systems. International collaboration between world-leading research communities within experimental marine hydrodynamics was established.

Recently there has been increased interest around aquaculture in floating closed systems. Several concepts have been tested and have shown highly promising results when it comes to fish welfare and growth. A closed cage, however, responds very different to waves than a conventional net based cage. The enclosed water volume represents a large mass (several thousand times the mass of a conventional cage), and this influences the wave response profoundly. Adding to this, sloshing in the enclosed water can represent large, potential problematic forces on the structure. The industry's experience with such cages supports this. Since these closed cages are characteristically different than most other floating structures no adequate simulation tool exists, and the behavior in waves of these structures are difficult to predict and understand. In order to design floating closed cages that can safely operate in waves it is necessary to understand these structures better and in particular establish a good way to model and simulate the wave response. The project will study the wave response of floating closed cages, and with a main delivery to establish models that can be used to better design such structures for safe operation in waves. It is organized into four work packages that are tightly linked: Structural response (WP1), sloshing (WP2) and internal flow (WP3). Laboratory experiments will be an important tool to gain better knowledge of the wave response, and this knowledge will then be used to establish a first version of a numerical model that can estimate the wave response (WP4). The scope of the project will cover all three types of structural principle: i) flexible cages (bags), ii) semi flexible cages (glass-reinforced plastic) and iii) rigid cages (concrete). The industry partners in the project represent initiatives on all three types.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

MAROFF-2-Maritim virksomhet og offsh-2