Study on development of rearing tank for improving survival rate of larval stage

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K06182
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 木村 暢夫 北海道大学, 水産科学研究院, 教授 (50186326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 勇樹 北海道大学, 水産科学研究院, 助教 (00761701) ; 安間 洋樹 北海道大学, 水産科学研究院, 准教授 (50517331) ; 前川 和義 北海道大学, 水産科学研究院, 助教 (80250504)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 養殖水槽 / エアレーション / CFD解析 / 流場計測実験

Outline of Annual Research Achievements

①エアレーションによる流れ推定モデルの現場適用：前年度までに構築した、エアレーションによって生じる流場を推定するための解析手法に基づいて、実際にチョウザメ飼育に用いられている水槽を対象に、CFD解析を行った。同水槽は直径2.0m，水位0.7mの円形水槽であり、エアストーンは底面の2か所に設置されている。CFD解析による推定結果は、3次元流速計での計測結果と比較し、解析精度に問題ないことを確認した。結果から、同水槽ではエアレーションによる流れが支配的であり、エアストーン上部の流速が顕著に大きかった。よって、水槽循環にはエアレーションの配置が重要な役割を果たすことが示唆された。
②水質維持を目的としたエアレーション配置の効率化：①と同様の水槽を対象として、排泄物の排出効率を高めることを目的として、最適化を行った。まず、エアストーンの配置・個数を変更してCFD解析を行い、流れ場の推定結果を得た。得られた流れ場の推定結果から、排泄物を粒子と見立てて、粒子に発生する力の運動方程式を解くことで、水槽内での粒子の挙動を可視化し、評価した。その結果、いずれの結果においても、粒子は一ヶ所に集積する傾向がみられたが、その場所はエアストーンの配置によって異なった。ここでは、エアストーンを水槽の4隅に配したとき、排泄物は水槽中心に集積する傾向が見られた。同水槽では、排水口が水槽中心にあることから、同配置が最も水質維持に適切であると考えた。
③今後の課題：本研究から、養殖水槽を対象としてCFD解析を行うことで、実際の養殖現場の水槽形状の効率化を提案できた。ただし、本研究では解析ケースが少なかったことから、応答曲面法を用いた厳密な最適化（e.g. 高橋ら，2017）には至らなかった。本研究で得られた結果を他ケースにも適用し、厳密な最適形状を明らかにすることが今後の課題と考える。