用人工的方法将富含营养盐的深层海水提升到海洋表面,进而改善海水鱼类食物链的环境条件,可以从根本上保证海洋渔业的可持续发展。由于海洋环境的特殊性,目前国内外学者提出的关于深层海水的提升方法都有一定的局限性,尚未发现一种可实施性强、稳定可靠的提升手段。本文将水下注气技术运用到解决该问题上来。围绕海底营养盐的注气提升方法及其相关系统的研究,从以下几个章节展开：第一章,论述了课题的研究背景和意义,并对传统深层海水提升方法、水下注气技术及其在提升液体方面的应用进行了综述。同时,也概括了本文的基本思路和主要研究内容。第二章和第三章,运用基本的CFD方法,实现了线源和点源水下注气提升模拟。通过观察流体的运动过程,得到了对注气提升技术的感性认识。其中还对比了单点源与多点源的注气提升模型在速度场分布、压力场分布和对液-气流量比上的不同之处,为后续流场仿真的模型选择、参数设置以及相关的试验等提供理论及设计依据。仿真结果表明：水中气泡的上浮会带动其周边的液体一起运动；另外,虽然在一根提升管内布置多个进气口可以加大单管的提升流量,但是由于总进气流量的增加,单管的液-气流量比反而减小了。第四章,试验研究了水下竖直管内不同进气方式对液体提升流量的影响。在实验室条件下搭建了注气提升试验水池,采用透明有机玻璃管作为提升管,进行水下注气提升试验。观测了不同进气流量、不同进气深度条件下,液体出流量的变化趋势,然后通过分析实验数据得到不同进气条件下的液-气流量比。一方面,在保证其它进气条件不变的情况下,加大进气流量会使液体的上升流流量增加,而且两者在试验范围内基本呈线性关系。另一方面,进气深度越深,液-气流量比越高。第五章,模拟富含营养盐、低温高密度的底层海水被提升到海洋表层后,在横向洋流作用下的各种混合扩散情况。分别研究了上升流流量、射流比、混合海水密度差对混合流场特性的影响,并得到了这些边界条件与上升流最大上升高度、分离点位置等衡量海水混合效果的各特征量之间的关系。结果表明：随着上升流流量的增加,其最大上升高度逐步增加,而分离点位置与上升流流量没有明显关系；环境流速的增加对最大上升高度影响并不是很大,却会使分离点的深度减小,分离点离提升管中心的水平位移增加；而管口处密度差越大,最大上升高度越小、分离点的深度越深、分离点距离提升管的水平距离越小。第六章,对全文进行总结并对后续研究工作进行了展望。