鱼类C形起动的运动特性及机理研究

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本文以研究鱼类C形起动的运动特征、揭示内在力学机理为目的,采用实验和理论分析相结合,辅以数值模拟的研究方法,从活鱼观测实验出发,总结了鱼类C形起动的运动学规律;用改进的大振幅细长体理论分析了鱼类C形起动的动力学特征;继而,通过模型实验研究了尾鳍在鱼类C形起动过程中的流场特性和作用,总结出不同形状尾鳍的规律。 本文选择了两种具有典型特征的淡水鱼——鲫鱼和黄颡鱼——为研究对象,用数字式高速摄影机定量地纪录了活鱼从静止状态做C形快速起动的运动过程。本文还简要分析了C形起动过程中尾鳍的单弯和双弯两种模式。 其次,本文从活鱼的运动学数据出发,利用改进的大振幅细长体模型,完成了对鱼类C形起动的动力学分析。计算了鲫鱼和黄颡鱼在C形起动过程中受到的力和力矩;系统分析了它们的动力学特征和鱼类C形起动中不同阶段的主要影响因素;从力学角度解释了鱼类C形起动过程中的行为特征。为了进一步研究鱼类C形起动的细节,本文在活鱼实验基础上建立了一个C形起动的二维模型,并利用FLUENT软件对二维模型进行了计算。 最后,本文根据鱼类尾鳍的种类,选取了五种代表性的尾鳍形状作为实验模型,研究了不同形状的尾鳍模型在C形起动过程中产生的尾迹流场,发现不同尾鳍模型诱导产生的尾迹流场特征各不相同;进而,测量了不同尾鳍模型在C形起动过程中所受的力和力矩,并对实验数据进行了详细分析和总结。
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