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Hydrodynamics of body–body interactions in dense synchronous elongated fish schools

物理 推力 拍打 机械 鱼类运动 雷诺数 流量(数学) 唤醒 经典力学 渔业 湍流 生物 运动学 热力学
作者
John Kelly,Alec Menzer
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:35 (4) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0142950
摘要

Mechanisms for hydrodynamic benefit via fluid interactions in large planar fish schools ( n ≥ 10) are investigated by two-dimensional numerical simulations of carangiform fish swimming. It is observed that the average swimming efficiency of the 10-fish school is increased by 30% over a single swimmer, along with a thrust production improvement of 114%. The performance and flow analyses characterize the associated hydrodynamic interaction mechanisms in large dense schools leading to enhanced performance. First, anterior body suction arises from the proximity of the suction side of the flapping tail to the head of the following fish. Next, the block effect is observed as another fish body blocks the flow behind a fish. Finally, the wall effect enhances the flow of momentum downstream where the body of a neighboring fish acts as a wall for the flapping of a fish tail moving toward it. Because these primary body–body interactions are based on the arrangement of surrounding fish, a classification of the individual fish within the school is presented based on the intra-fish interactions and is reflected in the performance of the individuals. It is shown that the school can be separated as front fish, middle fish, edge fish, and back fish based on the geometric position, performance, and wake characteristics. Finally, groupings and mechanisms observed are proven to be consistent over a range of Reynolds numbers and school arrangements.
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