鲫鱼在圆柱绕流尾迹中的卡门步态

鱼类对周围水流环境的运动行为响应机制对鱼类的生态保护和仿生应用都有重要的意义。本文以鲫鱼为研究对象,利用高速摄影实验技术和ANSYS FLUENT数值模拟软件,研究了鱼类在圆柱绕流形成的卡门涡街流场中的游泳行为,并与其在均匀流场中的运动行为进行了对比分析。通过分析鱼游过程中身体形态的变化,得到鱼摆尾频率、转角、振幅和身体变形波长、波速等特征参数,并分析了各参数随来流速度和流场结构等因素的变化规律。结果表明:鲫鱼在卡门涡街流场中可能采用卡门步态运动模式来保持位置,该模式的呈现与否与涡街的强度和频率相关;以卡门步态行进时,鱼与涡街流场相互耦合作用,其摆动频率与卡门涡街的脱涡频率保持一致;与鲫鱼在均匀流场中游动时的变形和运动状态相比,卡门涡街中的鲫鱼头部摆角和整个鱼体的摆动幅度都明显增大,摆尾频率变低,身体变形波长和波速变大。本研究结果可加深我们对鲫鱼游动机理的认识和理解,为鱼类仿生应用和生态保护提供基础支撑。