基于摆频控制的鱼群自主游动数值模拟研究

本文提出了一种通过控制仿生鱼摆频来达到自主推进状态的数值模拟新方法(简称摆频控制法),并利用自主游动速度与摆频之间的近似关系以及牛顿第二定律推导出了摆频的控制方程。通过与传统的速度控制法(仿生鱼的自主游动速度由牛顿第二定律确定)的比较,验证了该方法的可靠性,并对影响该方法收敛速度的敏感因子进行了讨论,给出了最优参数,并通过模拟三条仿生鱼组成的鱼群基本单位在Re 5000时的自主游动,证明了摆频控制方法在鱼群自主游动数值模拟中的有效性。结果表明,鱼群整体平均节能约19%,推进效率平均提高了约36%。

鱼游尾迹中射流分布特征的数值模拟研究

本文采用一种通过控制仿生鱼摆频来达到自主推进状态的数值模拟方法,研究了不同雷诺数下二维仿生鱼自主游动时尾迹中射流的分布特征,并通过模拟两条鱼串列和交错排列时的自主游动,分析了上游鱼的尾迹对下游鱼的影响.结果表明:仿生鱼尾迹中射流的强度随着雷诺数的增大而减小,射流的空间影响域随雷诺数增大而增大;鱼游尾迹中的射流虽然可以导致下游鱼的阻力增加,但能耗却会降低,这与前人的假想恰好相反;而且随着两条鱼间距离的增大,尾迹中的射流会逐渐减弱为低速区,从而导致下游鱼的阻力小于单条鱼游动时的阻力,节能效果更加显著.本文的研究结果将有利于深入理解鱼群中的节能机制以及鱼群的最优排列方式.