[发明专利]一种基于FLUENT动网格技术黄貂鱼模型的自主游动模拟方法

权利要求书

1.一种基于FLUENT动网格技术黄貂鱼模型的自主游动模拟方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、采集黄貂鱼运动试验数据；运动试验数据是黄貂鱼在匀速游动时，一个周期内若干标记点的空间位置；

步骤2、使用三维扫描仪对鱼体进行扫描，得到黄貂鱼的三维模型；

步骤3、将所有标记点的坐标数据输入MATLAB中，通过数据处理，得到黄貂鱼的运动规律；

步骤4、编写UDF文件；时间步开始，首先对鱼体表面网格进行更新，将模型身上的坐标点由世界坐标系转换成随体坐标系，在随体坐标系中，由步骤3中黄貂鱼运动规律，计算当前时刻，模型身上各个点的位置，再将各个点由随体坐标系中转换到世界坐标系中，最后输出模型的前进方向上的力、加速度、速度、位移，然后进入下一个时间步，直到满足FLUENT迭代条件；

步骤5、导入模型，建立流域，划分网格；将步骤2中扫描得到的三维模型，导入软件ICEM中，设置模型周围的流域大小，利用软件生成面网格，再生成体网格，最后保存网格文件；

步骤6、设置FLUENT计算工况文件；将步骤5中的网格文件和步骤4中的UDF文件，导入FLUENT软件，设置湍流模型，边界条件，并修改动网格和时间步参数，对工况初始化后，进行迭代计算；

步骤7、根据FLUENT计算结果，对黄貂鱼模型的水动力性能参数和流场进行分析，揭示其MPF波动推进的内在机制。

2.根据权利要求1所述一种基于FLUENT动网格技术黄貂鱼模型的自主游动模拟方法，其特征在于：所述步骤1采集黄貂鱼运动试验数据具体包括将黄貂鱼放置在变速水箱里，用塑料网制成的挡板位于上游和下游，将黄貂鱼限制在一定区域内，将第三个倾斜的挡板放置在黄貂鱼的腹侧以刺激其游动，也防止其下沉到水箱底部，挡板的上游端高于下游端，与水箱形成20度角；通过三个同步的1百万像素高速摄像机，以每秒250帧速度进行拍照，一台摄像机通过位于水箱上方45度角的地方，其余两台摄像机水箱的侧向和背向，相机布放的位置，保证可以拍到黄貂鱼游动时所有的身体部位；直接线性变换校准相机以消除图像失真并对齐3-D空间中的相机视图；最后确定每个点的x，y，z值。

3.根据权利要求2所述一种基于FLUENT动网格技术黄貂鱼模型的自主游动模拟方法，其特征在于：所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、首先将一个周期内所有标记点的坐标数据输入MATLAB中，建立一个容纳所有坐标值的矩阵；由试验数据可知，黄貂鱼在前进方向上即X轴的变形程度几乎为零，其柔性变形主要出现在横向即Y轴和竖向即Z轴；

步骤3.2、对每个标记点进行Y轴和Z轴的坐标最大值和最小值搜索，并相减，得到每个标记点的振幅数据；

步骤3.3、将每个点的横向坐标即x和纵向坐标即y及振幅输入MATLAB，使用cftool工具进行二元函数拟合，得到波动幅度随纵向即X轴和横向即Y轴变化的表达式：

Ay＝a₁+b₁*x+c₁*y+d₁*x*y+e₁*x²

Az＝a₂+b₂*x+c₂*y+d₂*x*y+e₂*x²

步骤3.4、采用三角函数对黄貂鱼的波动运动进行拟合，通过试验可知，黄貂鱼波动频率在横向即Y轴上的是竖向即Z轴上的二倍；频率f由试验观察得到，对于波数k₁＝2π/λ,λ表示波长，可以直接由试验数据得到，三角函数表达式为：