以力元理論探討魚類BCF泳動之奧祕

Abstract

本論文將以力元理論探討低雷諾數流場中，模擬魚體擺動在不同史卓荷數(Strouhal Number,St)下進行BCF泳動模式的受力機制。透過力元理論分析魚類擺動的推進機制，發現推力的產生主要來自於附加質量項C_Da與體渦度項C_Dv，尤以體渦度項的變化的最為明顯，將隨著不同的擺動幅度與史卓荷數St導致流場中渦度的增強，而有明顯提升。 透過力元理論分析可以明顯的了解魚體各部位與流場中的渦流結構對其造成之受力變化，進行定量的描述。觀察各部位的受力變化，發現到魚身區的渦漩提供了大量的阻力，而尾鰭區與尾流區的渦漩則是提供了大部分的推力；進一步分析受力隨著運動狀態變化時，發現到在推力峰值時，在尾鰭末端會產生一極大之推力元素，而造成此現象的原因為推力峰值時，尾鰭末端的輔助勢流函數擁有極大值，造就了此現象。 最後透過渦漩結構Q圖，並將其上色，以顏色表示其CDv之值，可以確切的了解三維流場中，渦環結構的產生與其對魚體之受力貢獻。