检索历史 清除

摘要鱼类运动机理的研究对于了解鱼类具有至关重要的意义，因为它直接影响鱼类的生存、繁殖以及对水生环境的适应。高效的游泳在鱼类躲避捕食者、捕捉猎物以及在迁徙过程中或应对环境变化时保存能量发挥着至关重要。了解鱼类运动的生物力学有助于评估其能量需求、优化摄食策略以及破译通信信号和社会行为。有利于保护工作、渔业管理和多样化栖息地的保护工作的进行，确保鱼类种群的福祉及其在动态水生生态系统中航行和繁衍生息的能力。本文以鲹科推进模式的草金鱼幼鱼为研究对象，借助粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry，PIV），获得鱼体尾部周围涡量场，对体长6~9 cm的幼鱼运动轨迹进行追踪，分析其前进运动、转弯运动以及摆尾-滑行运动状态下运动学特征以及力学特征，量化不同运动状态鱼类运动过程中产生的作用力，主要研究内容如下：<br>　　（1）通过简易的PIV装置对草金鱼幼鱼前进运动状态进行拍摄并处理，结果发现：鱼类前进运动状态下横向偏移量为0.0095±0.0009 m，侧向偏移量较小，为0.0031±0.0009 m，速度为0.0344±0.0028 m/s；在前进运动状态下随着鱼体尾鳍摆动，形成两对涡环分布在鱼体尾部两侧，正值涡量主要分布在鱼体右侧，负值涡量主要分布在左侧，一对涡环从鱼体尾部脱落后另一对涡环开始形成；前进运动状态中产生的正作用力大于负作用力。<br>　　（2）利用PIV技术及涡量矩定理对草金鱼幼鱼转弯运动状态进行研究，对转弯机动运动流体流场变化进行追踪，分析幼鱼在转弯过程中尾部的运动特征和动力学特性。结果表明：草金幼鱼转弯过程中，形态结构主要发生C型、S＋C型两种变化，转弯过程中幼鱼尾部周围流场的正负值涡量交替出现；鱼体形态呈C型结构转弯时幼鱼平均速度为0.1307±0.01050 m/s，流体对幼鱼尾部产生的正作用力为2.06~133.49 mN，负作用力为-83.85~-2.15 mN；鱼体形态呈S＋C型结构转弯时，幼鱼平均速度为0.1044±0.0216m/s，流体对幼鱼尾部产生的正作用力为24.06~80.95 mN，负作用力为-59.60 mN~-5.86 mN。研究表明，转弯时鱼体形态呈C形结构变化的机动性能优于鱼体形态呈S＋C形结构变化且不同的转弯类型产生作用力峰值的时刻不同。<br>　　（3）利用PIV技术对草金鱼幼鱼常见摆尾-滑行运动，即单摆尾-滑行运动进行追踪，并分析其运动学及动力学特性，结果发现：草金鱼幼鱼摆尾-滑行运动过程中横向偏移量为0.0069±0.0009 m，侧向偏移量为0.0137±0.0009 m；摆尾-滑行运动状态可划分为两个阶段，摆尾阶段和滑行阶段；摆尾阶段的速度为0.0358 ±0.0178 m/s，滑行阶段的速度为0.0222±0.0118 m/s；摆尾阶段正值涡量分布在鱼体左侧，负值涡量分布在鱼体右侧；滑行阶段正负值涡量脱落在鱼体右侧；单摆尾-滑行运动状态中，摆尾阶段正作用力大于负作用力，而滑行阶段负作用力大于正作用力，负作用力占主导作用。<br>　　（4）对三种运动状态的动力学特性进行比较分析，发现草金鱼幼鱼转弯运动的动力性能优于前进运动以及摆尾-滑行运动，鱼类摆尾-滑行运动作为鱼类常见的一种运动状态，其主要的一个原因是与前进运动相比，这种运动方式消耗较少的能量。结合动力学数据对幼鱼不同运动状态适应的活动进行推测，前进运动更适用于草金鱼长距离的运动目的，C型转弯用于逃逸运动，S＋C型转弯运动用于避开障碍物，摆尾-滑行运动则用于草金幼鱼捕食运动。