華盛頓，2021 年 8 月 31 日——憑借壓縮的身體和靈活的胸鰭，黃貂魚進化成為自然界中最高效的游泳者之一。長期以來，科學家們一直想知道它們突出的眼睛和嘴巴所起的作用，人們可能認為這是流體動力學的缺點。
在AIP Publishing 出版的《流體物理學》中，中國和韓國的研究人員詳細介紹了模擬黃貂魚的這些特征如何影響與推進相關(guān)的一系列力，例如壓力和渦度。盡管人們可能會期待，該小組發(fā)現(xiàn)這些突出的特征有助于進一步簡化黃貂魚。
“3D 突出的眼睛和嘴巴對自走式柔性黃貂魚的影響及其潛在的流體動力學機制尚未完全了解，”來自韓國先進科學技術(shù)研究所的作者 Hyung Jin Sung 說。“在本研究中，首次探索了突出眼睛和嘴巴的流體動力學益處，揭示了突出眼睛和嘴巴的流體動力學作用。”
為了說明水動力之間復雜的相互作用，研究人員著手創(chuàng)建自推進柔性板的計算機模型。他們“夾住”了模型的前端，然后強迫它模仿黃貂魚用來推動自己的上下諧波振蕩。
為了重現(xiàn)眼睛和嘴巴對周圍水體的影響，該團隊在模型上模擬了多個剛性板。他們使用一種稱為懲罰浸入邊界法的技術(shù)將該模型與沒有眼睛和嘴巴的模型進行比較。
“管理隨機游動的魚并從眾多因素中分離出預期的測量目的是很困難的，”Sung 說。“為了克服這些限制，采用懲罰浸入邊界方法來尋找突出的眼睛和嘴巴的流體動力學優(yōu)勢。”
研究小組發(fā)現(xiàn)，眼睛和嘴巴在前后方向產(chǎn)生了流動渦流，增加了模擬動物正面的負壓，而左右渦流則增加了黃貂魚上下之間的壓差。結(jié)果是增加了推力和加速巡航。
進一步的分析表明，眼睛和嘴巴的整體推進效率分別提高了 20.5% 和 10.6% 以上。
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