蝌蚪游动中复杂涡流场干扰的机理研究

The objective of this project is to study the mechanism of complex vortex interaction in tadpole swimming in various flow environments by numerical simulation and theoretic analysis.This project relates to fluid mechanics incorporating multiple disciplines. It has important academic value and prospects of high-tech applications. The study includes (1)The vortex control mechanism of a tadpole swimming in steady flow;(2)The mechanism of vortex interation and flow control strategy when a tadpole swimming near a circular cylinder;(2)The mechanism of votex interaction and flow control mechanism when a tadpole swimming near a sphere. This project explores the unsteady flow control mechanics when a tadpole swims in various flow conditions，providing control method of high performance in order to provide the theoretical base of autonomous underwater vehicle(AUV) design.

本项目以数值模拟和理论分析为主要手段，研究蝌蚪在各种流动环境中游动的复杂涡流场干扰的机理。这是一项以流体力学为先导的多学科交叉的新研究课题，且具有重要学术价值和高技术应用前景。研究内容主要包括：（1）蝌蚪在均匀流中游动的涡控制机理；（2）蝌蚪在圆柱附近游动的流动机理及其控制策略；（3）蝌蚪在圆球附近游动的复杂涡流场干扰的机理及控制策略。通过研究，揭示蝌蚪在各种流动环境中游动的复杂涡流场干扰的流动机理，提出获得高性能的控制策略，并为研制仿生航行器提供新概念和新原理。

与多数鱼类不同，蝌蚪并不具有流线型外形特征，蝌蚪在不同环境下游动机理的研究具有重大科学意义和学术价值。本项目旨在通过数值和分析手段探索蝌蚪游动中复杂涡流场干扰的机理，揭示蝌蚪在均匀流场中和在钝体后游动、以及蝌蚪并列群游的流动机理。本项目发展了适应于大变形物体的高质量动网格技术，并成功实现了湍流中游动的模拟。研究证实了蝌蚪的运动方式是与其特殊外形的最佳匹配，发现了蝌蚪在均匀流中游动时几种不同的涡环形状。系统研究了蝌蚪在圆柱和圆球后游动的尾涡模态和动力学特性，首次揭示了蝌蚪与钝体尾迹涡干扰的流动机理。研究了蝌蚪并列群游的相互作用，首次分析了其力学性能以及复杂涡流场结构，其结果与实验观测现象相互印证。