ウナギの水泳の流体力学的水泳速度の効果

同時水泳運動学と流体力学は、アメリカのウナギ、アンギラ・ロストラタについて、0.5〜2 L s（-1）の速度で泳いでいます。ボディアウトラインと粒子画像速度測定（PIV）データは、2つの同期された高速カメラを使用して収集され、水泳の動きと流体の流れの間の経験的関係が説明されています。流れの横方向のインパルスは、フローフィールドが小さなコア渦リングを通るスライスを表すと仮定して推定され、細長い身体理論（EBT）および準定常抵抗性抗力を介して運動学から推定される力よりも有意に大きいことが示されています。これらの単純な運動モデルは、測定された覚醒衝動の50％のみを予測しており、不安定な効果が波動力の生成に重要であることを示しています。ただし、EBTは、パワーの大きさと時間経過の両方を航跡に正しく予測しています。他のウェイクフロー構造も、水泳の動きに関連して調べられます。すべての速度で、ウェイクには、2つの渦に急速に分解する不安定なせん断層によって分離されたほぼ完全に横方向の液体の液が含まれています。ジェットの平均速度は水泳速度で成長しますが、ジェットの直径は水泳速度によってしか弱く異なります。代わりに、体の波長に従い、異なる速度よりも個人の方が大きく変化します。尾が方向を変えるたびに脱落したストップスタート渦の循環は、テールビートの半分にわたって四角いテール速度の積分によって低速でも予測することができます。高速では、これらの運動学は、ストップスタート渦に実際に存在するよりも多くの循環を予測します。最後に、輸送の総コストの1つのコンポーネントであるウェイクを生成するコストは、水泳速度とともに1.48電力まで増加します。

Simultaneous swimming kinematics and hydrodynamics are presented for American eels, Anguilla rostrata, swimming at speeds from 0.5 to 2 L s(-1). Body outlines and particle image velocimetry (PIV) data were collected using two synchronized high-speed cameras, and an empirical relationship between swimming motions and fluid flow is described. Lateral impulse in the wake is estimated assuming that the flow field represents a slice through small core vortex rings and is shown to be significantly larger than forces estimated from the kinematics via elongated body theory (EBT) and via quasi-steady resistive drag forces. These simple kinematic models predict only 50% of the measured wake impulse, indicating that unsteady effects are important in undulatory force production. EBT does, however, correctly predict both the magnitude and time course of the power shed into the wake. Other wake flow structures are also examined relative to the swimming motions. At all speeds, the wake contains almost entirely lateral jets of fluid, separated by an unstable shear layer that rapidly breaks down into two vortices. The jet's mean velocity grows with swimming speed, but jet diameter varies only weakly with swimming speed. Instead, it follows the body wavelength, which changes more among individuals than at different speeds. Circulation of the stop-start vortex, shed each time the tail changes direction, can also be predicted at low speeds by the integral of squared tail velocity over half of a tail beat. At high speeds, these kinematics predict more circulation than is actually present in the stop-start vortex. Finally, the cost of producing the wake, one component of the total cost of transport, increases with swimming speed to the 1.48 power, lower than would be expected if the power coefficient remained constant over the speed range examined.