Viskweeksystemen op zee die gebruik maken van netpennen zijn belastend voor het milieu en de vissen. Een gesloten kooi kan het welzijn van vissen verbeteren, maar zoet zeewater moet continu door de kooi worden gecirculeerd. Echter, oceaangolven kunnen ervoor zorgen dat dit circulerende water in de kooi klotst, gewelddadige bewegingen veroorzaken en de kooi en de vissen in gevaar brengen.

Een studie met een schaalmodel visvangsysteem wordt gerapporteerd in: Fysica van vloeistoffen . De studie laat zien waarom gewelddadige klotsende bewegingen ontstaan ​​en hoe deze te minimaliseren.

Zachte stromingen kunnen kunstmatig worden gehandhaafd in cilindrische gesloten kooien die zijn ontwikkeld voor de zalmkweek. De stroom wordt opgewekt door zeewater te injecteren via sproeiers in de zijkant, het creëren van een cirkelvormige stroom binnen. De maximale stroomsnelheid mag niet hoger zijn dan de kritische zwemsnelheid waarmee zalm langdurig comfortabel kan zwemmen.

Hoewel deze kunstmatige stroom de gezondheid van vissen verbetert, het beïnvloedt ook de natuurlijke frequenties van klotsen die in de drijvende kooi kunnen worden opgewekt door oceaangolven. Deze gewelddadige klotsende bewegingen treden zelfs op wanneer relatief kleine golven de kooi raken, omdat het resonantieverschijnsel de golfbeweging versterkt.

"In de wetenschappelijke literatuur soortgelijke problemen van vloeistofdynamisch gedrag in draaiende tanks zijn alleen gevonden in studies naar stabiliteit en controle van raketbrandstoftanks, gasturbines, en centrifuges, " zei co-auteur Claudio Lugni.

"Het is niet eenvoudig om resultaten over rakettanks toe te passen op aquacultuurtanks, " zei co-auteur Andrei Tsarau.

Om dit probleem aan te pakken, een schaalmodel van een cilindrische viskooi werd bevestigd aan een mechanische installatie die de cilinder heen en weer kon bewegen. Het schaalmodel was gedeeltelijk gevuld met water en bevatte sproeiers om een ​​kunstmatige cirkelstroom te injecteren.

Toen het systeem zijwaarts werd geoscilleerd door het tuig, klotsende bewegingen begonnen en werden gecontroleerd door sensoren in de tank.

"Afhankelijk van de forceerfrequentie, verschillende klotsende regimes gekenmerkt door verschillende golfvormen en amplitudes op het vrije oppervlak van de vloeistof werden waargenomen in het experiment, ' zei Lugni.

Computationele en theoretische studies met en zonder de roterende stroom werden uitgevoerd en vergeleken met het experiment. De onderzoekers ontdekten dat het gewelddadige klotsen dat wordt waargenomen wanneer de vloeistof in de cilinder niet wordt gecirculeerd, kan worden onderdrukt bij dezelfde excitatiefrequenties als de vloeistof met voldoende hoge hoeksnelheden wordt geroteerd.

Dit effect kan gunstig zijn voor relatief kleine kooien met een straal van minder dan 10 meter onder gedwongen klotsende omstandigheden. In dergelijke kooien de vloeistof kan met een voldoende hoge hoeksnelheid worden geroteerd zonder de vis te dwingen met snelheden boven hun kritische limiet te zwemmen.

"Voor grotere kooien, dezelfde hoeksnelheid zou leiden tot te hoge stroomsnelheden voor de vissen, ' zei Tsarau.