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大连海洋大学学报  2021, Vol. 36 Issue (5): 833-841    DOI: 10.16535/j.cnki.dlhyxb.2020-286
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基于粒子图像测速技术(PIV)的自由游泳草鱼动力学特征分析
杨国党,胡晓*,张奔,龙泽宇,张永年,石小涛
三峡大学 水利与环境学院,湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地,湖北 宜昌 443002
Analysis of hydrodynamic characteristics of grass carp Ctenopharyngodon idellus juveniles under free-swimming status based on Particle Image Velocimetry (PIV)
YANG Guodang, HU Xiao*, ZHANG Ben, LONG Zeyu, ZAHNG Yongnian, SHI Xiaotao
College of Water Resources and Environment, Hubei International Science and Technology Cooperation Base of Fish Passage, Three Gorges University, Yichang 443002, China
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输出:  BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 为研究草鱼Ctenopharyngodon idellus幼鱼在自由游泳状态下的动力形成过程与高效推进模式,利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)和涡量分析原理,在静水条件下对直线、转弯和后退3种游泳状态下的草鱼幼鱼(平均体长4~10 cm)周身受力特征及推进效率进行了分析。结果表明:直线和转弯游泳时,草鱼幼鱼主要依靠尾部聚集的正涡形成推力,该部位的推力转化率最高可达73%,而后退时的幼鱼则主要依靠中部负涡产生的反向力来推动鱼体;试验数据显示,当头部偏角为9°~10°时,直线游泳的草鱼幼鱼整体推进效率最高可达83%,其次为转弯和后退游泳状态,这两种状态下的幼鱼最高推进效率分别为74%和65%。研究表明,尾部聚集的正涡是幼鱼前进推力形成的主要来源,且较小的头部偏角更有利于草鱼幼鱼的高效推进。
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杨国党
胡晓
张奔
龙泽宇
张永年
石小涛
关键词:  草鱼  粒子图像测速技术(PIV)  涡量  推进效率  动力学    
Abstract: In order to investigate the mechanisms of propulsion formation and high-efficiency propulsive mode for grass carp Ctenopharyngodon idellus juveniles under free-swimming status, the force characteristics and propulsive efficiency of grass carp juveniles with body length of 4-10 cm were measured under three swimming models including straight-line swimming, turning and backward swimming in the still water in a 0.1 m water depth trough with 20-30 μm diameter hollow glass beads and a high-speed camera by technique of Particle Image Velocimetry (PIV) combined with the vorticity theory. The results showed that the juveniles mainly depended on the positive vortices gathered in the area of tail part to generate forward thrust when it swam in straight line and in turning status, with conversion rate of 73% corresponding thrust in tail part, while the juveniles mainly depended on the reverse force generated by the negative vortices gathered in the pectoral fin to push the fish forward under the status of backward swimming. The test data indicated that the juveniles in straight-line swimming status had the maximal propulsive efficiency of 83%, followed in the swimming status of turning and backward, accounting for 74% and 65% of the maximum propulsive efficiency, respectively, when the deflection angle of head varied in the range of 9°-10°. The findings confirme that the positive vortex gathered in the tail is the main source of forward thrust of the juveniles, and that the smaller head deflection angle is more beneficial to the efficient propulsion of the juveniles, and that the smaller deflection angle is conducive to higher propulsion efficiency for the juveniles.
Key words:  Ctenopharyngodon idellus    Particle Image Velocimetry (PIV)    vorticity    propulsive efficiency    hydrodynamics
               出版日期:  2021-10-25      发布日期:  2021-10-25      期的出版日期:  2021-10-25
中图分类号:  S 917.4  
  Q 66  
基金资助: 国家自然科学基金 (51609125, 51922065);湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划鱼类过坝技术项目(T201703)
引用本文:    
杨国党, 胡晓, 张奔, 龙泽宇, 张永年, 石小涛. 基于粒子图像测速技术(PIV)的自由游泳草鱼动力学特征分析[J]. 大连海洋大学学报, 2021, 36(5): 833-841.
YANG Guodang, HU Xiao, ZHANG Ben, LONG Zeyu, ZAHNG Yongnian, SHI Xiaotao. Analysis of hydrodynamic characteristics of grass carp Ctenopharyngodon idellus juveniles under free-swimming status based on Particle Image Velocimetry (PIV). Journal of Dalian Ocean University, 2021, 36(5): 833-841.
链接本文:  
https://xuebao.dlou.edu.cn/CN/10.16535/j.cnki.dlhyxb.2020-286  或          https://xuebao.dlou.edu.cn/CN/Y2021/V36/I5/833
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