This paper investigates the mechanical behavior of full-scale offshore fish cages under hydrodynamic loads. To simulate different cases, different materials were used in the fish cage and analyzed under different flow velocities. The cage system is studied in two parts: net cage and floating collar. Analyses were performed with the ANSYS Workbench program, which allows the Finite Element Method (FEM) and Computational Fluid Dynamics (CFD) method to be used together. Firstly, the fish cage was designed, and adjusted for FSI: Fluid (Fluent) analysis. Secondly, mesh structures were created, and hydrodynamic loads acting on the cage elements were calculated. Finally, the hydrodynamic loads were transferred to the mechanical model and applied as a pressure on the geometry. In this study, the equivalent (von Mises) stress, equivalent strain, and total deformation values of cage elements under hydrodynamic loads were investigated. The data obtained from the analyses were presented as figures and tables. As a result, it has been shown that it is appropriate to use all the materials examined for the net cage and the floating collar.
Kim, Tae-Ho;Kim, Chang-Gil;Kim, Ho-Sang;Baik, Chul-In;Ryu, Cheong-Ro
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.38
no.3
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pp.190-196
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2002
In order to analyze the hydrodynamic forces on fish cage systems, made of frames and nettings, under waves and current, hydraulic model experiments for square type and circular type of fish cage system were carried out in a towing tank. Both cage systems consist of net cages supported by floating frames made of two concentric pipes and four weights hanging from the bottom corners of the nets. There was little difference in the hydrodynamic force on the square type of fish cage system by wave heading under regular waves and the peak frequency of the force on each cage system was in a good agreement with that of induced irregular wave. In addition, it was also observed that the circular type of cage system was more stable to the action of waves and current than the square type.
In order to analyze the dynamic motions of fish cage systems made of a frame and a netting under the conditions of waves and current, the hydraulic model experiment at towing tank and the numerical computation using boundary integral element method based on linear potential theory were carried out on a square and a circular type of fish cage, The computed and measured results for the dynamic motions of model fish cage systems showed that the heave and pitch motions were almost unaffected by the inclusion of nets, while the surge motions were very reduced by drag force acting on them. In addition, irregular wave-induced motions of fish cages included non-negligible 2nd order harmonic components at high frequency nearly twice the wave frequency. The reason why these motions were considered was due to resonance or structural components of frames being overflown and out of water during a wave cycle. It was found that circular type was more desirable structure in the open sea than square one only in the respect of dynamic motions due to waves and current. Further verifications were needed considering hydrodynamic forces, fatigue life, and structure analysis based on long term stochastic waves including frequency and time domain for the purpose of analyzing and designing fish cage systems.
This paper presents a mathematical model and simulation method for investigating the performance of set net systems and fish cage systems influenced by currents and waves. Both systems consist of netting, mooring ropes, a floating collar and sinkers. The netting and ropes were considered flexible structures and the floating collar was considered an elastic structure. Both were modeled on a mass-spring model. The structures were divided into finite elements and mass points were placed at the mid-point of each element, and the mass points were connected by mass-less springs. Each mass point was subjected to external and internal forces and the total force was calculated at every integration step. An implicit integration scheme was used to solve the nonlinear dynamic system. The computation method was applied to dynamic simulation of actual systems simultaneously influenced by currents and waves in order to evaluate their practicality. The simulation results improved our understanding of the behavior of the structure and provided valuable information concerning the optimized design of set net and fish cage systems exposed to an open ocean environment.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.44
no.1
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pp.46-56
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2008
A numerical model analysis was performed to analyze the motion and mooring tension response of submersible fish cage systems in irregular waves and currents. Two systems were examined: a submersible cage mooring with a single, high tension mooring and the same system, but with an additional three point mooring. Using a Morison equation type model, simulations of the systems were conducted with the cage at the surface and submerged. Irregular waves(JONSWAP spectrum) with and without a co-linear current with a magnitude of 0.5m/s were simulated into the model as input parameters. Surge, heave and pitch dynamic calculations were made, along with tension responses in the mooring lines. Results were analyzed in both the time and frequency domains and linear transfer functions were calculated.
This paper deals with optimal mooring system to secure fish cage in a desired location, Through field investigation and paper works, we surveyed disasters by breakdown of cage frame and mooring system due to higher wave attack and selected compliant buoy mooring method for shallow water mooring system against severe coastal external forces. To analyze interaction between external forces and compliant buoy mooring system, theoretical model has developed as quasi-static nonlinear analysis. After verifying the feasibility of the numerical model compared with experiment, static analysis has tried for various mooring systems with different angle of array, number of mooring points, length of horizontal and inclined rope. Optimal mooring method using compliant buoy has selected for fish cage through numerical simulation. This results can apply for preliminary design for cage mooring system.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.56
no.2
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pp.83-93
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2020
In fisheries, the importance of designing efficient fish cages is being emphasized as aquaculture has become more production than capture fishing. Particularly, the gravity cage system is one of the popular fish cage system in Korea. Currently, gravity cages of various shapes and sizes are being widely designed and installed in offshore and inland seas. The cage is subject to external forces, such as currents and waves, and the shape of the structure and tension on the ropes changes according to these external forces. Thus, it is important to accurately calculate these dynamic behavior, including the external forces and tension on the structure during the design stage. In this study, three types of cage systems with an equal internal volume of 8000 ㎥ were analyzed using mass-spring models and their behavior was interpreted through simulations. These simulations were used to analyze the behavior and tension of the ropes in response to currents and waves to aid in the selection of individual cage sizes for a given total volume. The numerical calculation results indicate that depending on the flow rate, the most resistant system is System 1, which has eight strays, and System 2 and System 3 have 69.4% and 54.8% of the resistance of System 1. Further, total resistance increased as the number of cages increased for all flow rates.
For complex flexible structures such as nets, the determination of drag forces and its deformation is a challenging task. The accurate prediction of loads on cages is one of the key steps in designing fish farm facilities. The basic physics with a simple cage, can be addressed by the use of experimental studies. However, to design more complex cage system for various environmental conditions, a reliable numerical simulation tool is essential. In this work, the current load on a cage is calculated using a Morison-force model applied at instantaneous positions of equivalent-net modeling. Variations of solidity ratio ($S_n$) of the net and current speed are considered. An equivalent array of cylinders is built to represent the physical netting. Based on the systematic comparisons between the published experimental data for Raschel nets and the current numerical simulations, carried out using the commercial software OrcaFlex, a new formulation for $C_d$ values, used in the equivalent-net model, is presented. The similar approach can also be applied to other netting materials following the same procedure. In case of high solidity ratio and current speed, the hybrid model defines $C_d$ as a function of Re (Reynolds number) and $S_n$ to better represent the corresponding weak diffraction effects. Otherwise, the conventional $C_d$ values depending only on Re can be used with including shielding effects for downstream elements. This new methodology significantly improves the agreement between numerical and experimental data.
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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spring
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pp.233-236
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2000
The acoustical response of fish depends on size and physical structure na, most important, on the presence or absence of a swimbladder. Acoustic scattering models for swimbladdered fish represent a fish by an ideal pressure-release surface having the size and shape as the swimbladder. Target strength experiments of red seabream (Chrysophrys major) have been conducted using 38 (split-beam), 120 (split-beam) and 200kHz (dual-beam) frequencies. At each start of each experiment, the live fish are placed in the cage at the surface, then the cage is lowed to about $4{\cal}m$ depth where it remains during the measurements. To test the acoustic models, predictions of target strength based on swimbladder morphometries of 10 red seabream offish total length from $103{\cal}mm{\;}to{\;}349{\cal}mm$ ($3 <$TL/\lambda$ < 45)are compared with conventional target strength measurements on the same, shock-frozen immediately after caged experiments. X-ray was projected along dorsal aspect to know the morphological construction of swimbladder. and fish body. At high frequencies, Helmholtz-kirchhoff(HK) approximation would greatly enhance swimbladdered fish modeling. Sound scattering model [HK-ray approximation model] for comparison to experimental target strength data was used to model backscatter measurements from individual fish. The scattering data can be used in the inverse method along with multiple frequency sonar systems to investigate the adequacy of classification and identification of fish
Munguti, Jonathan Mbonge;Kim, Jeong-Dae;Ogello, Erick Ochieng
Fisheries and Aquatic Sciences
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v.17
no.1
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pp.1-11
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2014
The Kenyan aquaculture sector is broadly categorized into freshwater aquaculture and mariculture. Whereas freshwater aquaculture has recorded significant progress over the last decade, the mariculture sector has yet to be fully exploited. The Kenyan aquaculture industry has seen slow growth for decades until recently, when the government-funded Economic Stimulus Program increased fish farming nationwide. Thus far, the program has facilitated the alleviation of poverty, spurred regional development, and led to increased commercial thinking among Kenyan fish farmers. Indeed, national aquaculture production grew from 1,000 MT/y in 2000 (equivalent to 1% of national fish production) to 12,000 MT/y, representing 7% of the national harvest, in 2010. The production is projected to hit 20,000 MT/y, representing 10% of total production and valued at USD 22.5 million over the next 5 years. The dominant aquaculture systems in Kenya include earthen and lined ponds, dams, and tanks distributed across the country. The most commonly farmed fish species are Nile tilapia Oreochromis niloticus, which accounts for about 75% of production, followed by African catfish Clarias gariepinus, which contributes about 21% of aquaculture production. Other species include common carp Cyprinus carpio, rainbow trout Oncorhynchus mykiss, koi carp Cyprinus carpio carpio, and goldfish Carassius auratus. Recently, Kenyan researchers have begun culturing native fish species such as Labeo victorianus and Labeo cylindricus at the National Aquaculture Research Development and Training Centre in Sagana. Apart from limited knowledge of modern aquaculture technology, the Kenyan aquaculture sector still suffers from an inadequate supply of certified quality seed fish and feed, incomprehensive aquaculture policy, and low funding for research. Glaring opportunities in the Kenyan aquaculture industry include the production of live fish food, e.g., Artemia, daphnia and rotifers, marine fish and shellfish larviculture; seaweed farming; cage culture; integrated fish farming; culture of indigenous fish species; and investment in the fish feed industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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