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鱼在尾迹涡流中巡游及停留能耗控制机理研究
结题报告
批准号:
11972342
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
黄海波
依托单位:
学科分类:
计算流体力学
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄海波
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中文摘要
本项目以鱼类游动为研究对象,在发展鱼游变形运动力学简化模型基础上,通过大规模三维并行流固耦合LBM模拟及实验,探索靠身体和尾鳍推进的鱼在尾迹涡流中巡游及停留时自主推进能耗控制的基本原理。具体如下:(1)依靠实验测出的鱼形态学、运动变形和材料本构参量,发展鱼类柔性自主推进运动学简化模型,同时完善高雷诺数下流固耦合LBM数值模拟方法;(2)研究多条鱼的小集群巡游,探索典型队列结构中、不同拍动相位下的个体在反卡门涡街尾迹中的动力学特性及能耗控制机理,同时进一步讨论Lighthill猜想;(3)研究自主推进鱼体在障碍物后各种不同特征的卡门涡街尾迹流中停留动力学特性和能耗控制机理。研究中将考虑鱼体和尾鳍不同的变形运动规律,且同时关注间歇运动的影响。揭示流动控制和高效推进的力学机制与鱼模型中运动变形的内在关联。探索尾迹涡流中鱼类节省能量的流体力学原理。研究结果将为相关仿生技术提供重要理论依据。
英文摘要
In this project, we take the fish swimming with body and/or caudal fin (BCF) locomotion as the research object. Based on the developed simplified kinematics models of fish swimming deformation, through large-scale three-dimensional parallel fluid-structure-interaction (FSI) LBM simulations and experiments, the basic principle of energy consumption control for fish self-propulsion during cruising and staying in vortex wake was explored. Specifically as follows: (1) Based on the measured morphological, kinematic and material constitutive parameters, simplified kinematic models for flexible self-propelled fish will be developed, and the FSI LBM numerical method under high Reynolds number is expected to be improved. (2) The small-group cruise of several fish will be studied. We would explore the dynamic characteristics and energy consumption control mechanism of individual in the reverse Kármán vortex wake under different flapping phases in typical orderly configurations, and further discuss the Lighthill's conjecture. (3) We would study the flapping dynamics and energy consumption control mechanism of self-propelled fish when it holds stationary by flapping in Kármán vortex wakes behind obstacles with different traits. In this study, we will consider the different deformation and flapping mode of fish body and tail fin, and pay attention to the effect of intermittent motion. The intrinsic relationship between the mechanism of flow control and efficient propulsion, and the flapping and deformation mode in fish model would be revealed. We would explore the hydrodynamic principle of energy saving for fish in vortex wake. The research results will provide important theoretical basis for related bionic technology.
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
专利列表
DOI:10.1063/5.0029806
发表时间:2020-11-01
期刊:PHYSICS OF FLUIDS
影响因子:4.6
作者:Wang, Wenjiang;Huang, Haibo;Lu, Xi-Yun
通讯作者:Lu, Xi-Yun
DOI:10.1017/jfm.2022.52
发表时间:2022-02
期刊:Journal of Fluid Mechanics
影响因子:3.7
作者:Liu Kui;Liu XueChao;Huang Haibo
通讯作者:Huang Haibo
DOI:10.1103/physreve.105.065105
发表时间:2022-06
期刊:Physical review. E
影响因子:--
作者:Xuechao Liu;Kui Liu;Haibo Huang
通讯作者:Xuechao Liu;Kui Liu;Haibo Huang
DOI:10.1063/5.0036231
发表时间:2021
期刊:Phys. Fluids
影响因子:--
作者:Yu H.-Y.;Lu X.-Y.;Huang H.-B.
通讯作者:Huang H.-B.
DOI:10.1017/jfm.2022.282
发表时间:2022-04
期刊:Journal of Fluid Mechanics
影响因子:3.7
作者:Chang Xu;Xuechao Liu;Kui Liu;Yongfeng Xiong;Haibo Huang
通讯作者:Chang Xu;Xuechao Liu;Kui Liu;Yongfeng Xiong;Haibo Huang
多孔介质两相流中迟滞与非平衡微观机理的LBM研究
  • 批准号:
    12372253
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    黄海波
  • 依托单位:
复杂流动中颗粒和纤维迁移特性与流变机理研究
  • 批准号:
    11772326
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    黄海波
  • 依托单位:
含相变的多孔介质中汽液两相流动与传热的LBM研究
  • 批准号:
    11472269
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    黄海波
  • 依托单位:
复杂流场中不同尺度刚性和柔性粒子运动机理的LBM研究
  • 批准号:
    11172297
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    黄海波
  • 依托单位:
含活性剂多相渗流微观机理的LBM研究
  • 批准号:
    10802085
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    黄海波
  • 依托单位:
国内基金
海外基金