物理学 > 流体动力学
[提交于 2025年7月15日
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标题: 尾鳍游泳者的尺度定律,结合流体力学、运动学、形态学和尺度效应
标题: Scaling Laws for Caudal Fin Swimmers Incorporating Hydrodynamics, Kinematics, Morphology, and Scale Effects
摘要: 许多鱼类以及仿生水下机器人使用身体尾鳍推进方式,其中一种波浪状的身体运动最终导致高振幅的尾鳍振动以产生推力。 本研究利用一种基于鲭鱼的尾鳍游泳器在广泛雷诺数和斯特劳哈尔数范围内的高保真度模拟,分析游泳运动学与水动力之间的关系。 本研究的核心是导出并使用尾鳍前缘涡流的模型。 该涡流主导了从鳍产生的推力,而前缘涡流模型是推导基于流动物理的尺度定律的基础。 推力、功率、效率、运输成本和游泳速度的尺度定律被导出,并使用高保真度模拟数据进行参数化。 这些定律经过已发表的模拟和实验数据验证,揭示了几种新的运动学和形态学参数,这些参数对水动力性能有关键影响。 结果提供了一个机制框架,用于理解推力生成、优化游泳性能以及评估规模和形态在鱼类及仿生水下机器人水下运动中的影响。
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