鱼类波状游动的推进机制

本研究数值模拟了狭窄通道内的三维自推进鱼体游动,其中鱼体摆动方向与上下壁面平行。研究发现,在相同雷诺数(Re)下,随着通道变窄(上下壁面间隙减小),鱼体游速增快,功耗降低。在较高雷诺数(Re=2600)下,本研究的壁面间隙范围内,功耗始终低于自由游动,而在较低雷诺数(Re=410)下与自由游动功耗相比,存在不同的间隙区间。
进一步研究了Re数的影响,结果表明,相同通道高度下,随着Re数降低,鱼体游速降低,但始终高于自由游动,鱼体功耗提高,但始终低于自由游动。最后,为了探究其中的物理机制,分析了鱼体产生的涡旋结构和涡量场,发现壁面效应提高了尾流射流强度,从而增大游速和降低功耗。相反地,Re数下降导致尾流射流强度下降和模式改变,从而减小游速和提高功耗。