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突出的眼睛和嘴巴使黄貂鱼在流体动力学更有效率

摘要凭借其压缩的身体和灵活的胸鳍,黄貂鱼进化成为自然界中最高效的游泳者之一。长期以来,科学家们一直想知道它们突出的眼睛和嘴巴所起的作用

凭借其压缩的身体和灵活的胸鳍,黄貂鱼进化成为自然界中最高效的游泳者之一。长期以来,科学家们一直想知道它们突出的眼睛和嘴巴所起的作用,人们可能认为这是流体动力学的缺点。

在《流体物理学》中,中国和韩国的研究人员详细介绍了模拟黄貂鱼的这些特征如何影响与推进相关的一系列力,例如压力和涡度。尽管人们可能会期待,该小组发现这些突出的特征有助于进一步简化黄貂鱼。

“3D 突出的眼睛和嘴巴对自走式柔性黄貂鱼的影响及其潜在的流体动力学机制尚未完全了解,”来自韩国先进科学技术研究所的作者 Hyung Jin Sung 说。“在本研究中,首次探索了突出眼睛和嘴巴的流体动力学益处,揭示了突出眼睛和嘴巴的流体动力学作用。”

为了说明流体动力之间复杂的相互作用,研究人员着手创建自推进柔性板的计算机模型。他们“夹住”了模型的前端,然后强迫它模仿黄貂鱼用来推动自己的上下谐波振荡。

为了重现眼睛和嘴巴对周围水体的影响,该团队在模型上模拟了多个刚性板。他们使用一种称为惩罚浸入边界法的技术将该模型与没有眼睛和嘴巴的模型进行比较。

“管理随机游动的鱼并从众多因素中分离出预期的测量目的是很困难的,”Sung 说。“为了克服这些限制,采用惩罚浸入边界方法来寻找突出的眼睛和嘴巴的流体动力学优势。”

研究小组发现,眼睛和嘴巴在前后方向产生了流动涡流,增加了模拟动物正面的负压,而左右涡流则增加了黄貂鱼上下之间的压差。结果是增加了推力和加速巡航。

进一步的分析表明,眼睛和嘴巴的整体推进效率分别提高了 20.5% 和 10.6% 以上。

Sung 和他的团队希望他们的工作在好奇心的驱动下,进一步激发人们对探索自然界流体现象的兴趣。他们正在寻找方法来适应更接近于海洋动物的下一代水上交通工具设计。