海上牧场水产养殖中的生物污损一直是一个严重的问题,水产养殖网箱、浮标等基础设施直接暴露在各种污损生物中,极易产生大量污损生物附着。污损生物对海上牧场网箱等设施的附着限制了水体交换,影响了网箱内部水质,导致水中溶解氧含量降低,增加鱼类患病风险,与鱼类竞争食物和空间资源,并导致海上牧场养殖网箱结构变形与疲劳,影响养殖经济效益。因此,进行海上牧场的污损生物防护是具有重大意义的。目前国内外对于海上牧场防污装置的研究仍处于初级阶段,国外现有产品数量少,防污效果未知且技术不透明,而国内尚未有成熟的针对海上牧场的防污装置,面对我国海上牧场日益严重的生物污损问题,开展防污技术研究至关重要。本文针对渤海海上牧场的实际需求,以工程实用性为导向,设计了一套基于超声空化原理的海上牧场专用防海生物污损技术方案。该方案可实现海上牧场实时防污,避免现有防污方案的问题,具有可靠性高、经济成本低、适应范围广的优点。文章主要研究内容如下:首先,开展渤海污损生物生长特点调研。分别进行了渤海海域污损生物种类调研、渤海污损生物附着季节特点调研、渤海典型污损生物生长规律调研、渤海污损生物分布情况调研。通过调研与分析,为渤海海上牧场的污损生物防护装置设计提供参考依据。其次,开展超声防污关键理论特性研究。研究分析得出夹心式压电换能器的机电等效电路,为后续章节进行超声换能器理论设计奠定理论基础。同时,通过Comsol Multiphysics软件对超声换能器在液体中的辐射声场分布情况进行数值模拟,得出超声换能器辐射声场在液体中声压、声压级及声波信号指向性的特性,数值模拟结果表明该形式超声换能器具有良好的声场分布,适合开展超声防污作业。再次,开展超声波参数与海生物污损关系的试验研究。通过文献调研得出防污实海试验采用的超声换能器工作参数。之后开展超声换能器杀死污损生物实海试验,验证调研结果,同时观察超声换能器频率、功率对污损生物杀灭效果的影响,进而通过实海试验得出防污参数与污损生物杀死效果的关系。最后,进行超声防污专用设备设计。完成超声防污专用设备研究及海上牧场超声防污装置应用方案研究,主要工作内容有超声发生器研制,包括发生器关键元件选型、硬件电路设计与软件程序设计。开展超声换能器设计研究,包括换能器形状、材料、工作频率、前后振速比及加工工艺研究;进行超声换能器舱设计,包括换能器结构形式设计、强度校核、散热分析与水密性能试验,最后完成海上牧场超声防污装置应用方案设计,包括通讯方式设计、安装方案设计与工作模式设计。