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摘要
鱼类对水流环境的游泳行为响应机制对鱼类的生态保护和仿生应用都有重要的意义。本研究以红鲫鱼为对象，利用高速摄影技术和ANSYS FLUENT数值模拟软件，分析了鱼类在台阶绕流形成的突扩流场中的游泳行为，考察了不同水力参数下鱼游轨迹及运动模式。通过分析不同行进过程中的鱼体形态，得到鱼摆尾频率、转角、摆幅和身体变形波长、波速等运动特征参数，并分析了各运动参数与水流及运动模式之间的关系。结果表明：红鲫鱼在突扩流场中采用直接沿主流突进和绕回流区上行这两种典型的上溯轨迹；当沿主流直接上溯时，鱼体运动模式与其在均匀流场中类似，鱼游速度、摆尾频率、头部摆角和尾部摆幅等运动参数随当地流速增加而增加；当绕回流区上溯时，鱼体运动模式与其在均匀流中的运动模式有较大区别，摆尾频率、摆幅和变形波长等运动参数随其在流场中所处的位置不同有较大变化；各运动参数中只有摆动频率与当地流速有显著的相关关系；该模式下鱼的头部摆角与尾部摆幅、变形波长和运动相位差之间有明显的相关关系。本研究结果加深了人们对鱼类在复杂流场中游动机理的认识，为鱼类仿生应用和生态保护提供基础支撑。
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单位武汉理工大学; 长江科学院
