基于脉冲与漂浮运动的鳗鱼和鲨鱼游动器 dynamics
流体动力学
2025-12-04 v1
摘要
鱼类在通过沿身体产生旅行波并通过尾部摆动产生推力的过程中，进行各种推进机动。鳗鱼在身体上沿全身扩散运动，而鲨鱼的运动在身体靠近尾部的区域更为突出。许多物种还会在连续波动和间歇游动之间切换，例如脉冲与漂浮机动，这可以节省能源，但也会改变湍流结构和水动力学力。我们当前的研究旨在解释 duty cycle (DC)、游动节律和 Strouhal 数 (St) 如何塑造近身体涡旋、整体湍流和水动力学力。我们对Re=3000下的eely(鳗鱼)和Jack Fish(鲨鱼)进行三维模拟，分别考虑DC=0.2-1.0和St=0.30和0.40。我们的结果揭示了两种游动器的脉冲与漂浮运动产生弓形湍流，随着DC增大到1.0（对应连续游动），两种湍流侧边的行列相互靠拢形成更有序的湍流。还发现，较高的 Strouhal 数下的间歇运动会产生更大的阻力，与连续游动的动力学相反。我们进一步通过量化两种游动器周围涡旋的强度及其瞬时运动学指标来进行进一步分析。还 presented 对身体不同部分在产生不可稳定的沿流力方面的作用的详细分析。这些见解在生物学和运动学之间提供了重要联系，帮助实现特定水动力学指标，以设计下一代仿生 underwater 机器人。
引用
@article{arxiv.2512.03969,
title = {Vortex Dynamics from Burst-and-Coast Motion of Anguilliform and Carangiform Swimmers},
author = {Zahra Maleksabet and Maham Kamran and Ali Tarokh and Muhammad Saif Ullah Khalid},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.03969},
year = {2025}
}