低雷诺数下墙面 mounted dolphin dorsal fin 流动的数值研究

Dolphin 游动一直是引人入胜的研究主题，但 dorsal fin 的水动力学仍未得到充分探索。本文提出了对墙面 mounted dolphin dorsal fin 流动的三维数值模拟，模型来源于真实 dolphin 的扫描数据。采用 NEK5000（谱元素方法）配合二阶 hex20 网格，确保仿真的高精度和计算效率。共模拟 13 种情形，涵盖攻角 (AoA) 从 $0^\circ$ 到 $60^\circ$，雷诺数 ($\text{Re}$) 介于 691 与 2000 之间。结果表明，阻力和升力均随攻角显著增大。AoA = $0^\circ$ 时几乎无涡旋生成，AoA ≥ $30^\circ$ 时则出现复杂的涡旋结构，包括半 horseshoe 涡、hairpin 涡、拱形涡及尾流涡。本研究为下一代水下机器人、换热器及潜艇帆利器的设计提供了启示。