鱼类波状摆动推进的数值模拟

摘要

随着计算机技术和计算流体力学的发展，人们已经可以利用计算机对复杂的流动现象进行数值计算，得到满足精度要求的结果。本文利用Fluent6.1的动网格技术数值模拟了鱼类的波状摆动推进。 首先对二维零厚度板的波状摆动推进进行了数值模拟，研究了在高雷诺数下匀速巡游的流场细节。计算结果表明在前进的方向上，压力表现为推力，摩擦力表现为阻力。发现了在波状板的尾迹中涡的形态是呈之字形的涡环链，与前人的实验结果一致。根据同刚性平板的绕流结果比较，验证了波状摆动可以充分抑制湍流，减小表面所受的粘性阻力。另外还计算了波动方程中不同的幂指数n对推力和阻力的影响。 其次使用NACA标准翼型模拟了有厚度的鱼体波状摆动。通过对NACA0010翼型的波状摆动计算，得到了尾部推力型的反卡门涡街。还分析了刚性翼型在同频率时几种周期运动的流场特性。通过用几种不同厚度的NACA翼型模拟波状摆动推进，分析了鱼体厚度对推力和阻力的影响。最后计算了各种边界条件（侧壁面，水底和水面）对鱼类运动的影响。 本文计算结果表明动网格技术是一个比较理想的数值模拟技术，为非定常运动边界问题的研究提供了一种新的方法。