Реализация численной модели плавания рыбы в OpenFOAM
https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2026-38(3)-27
Аннотация
Исследование посвящено моделированию гидродинамики рыб. В программном комплексе OpenFOAM реализуется численная модель для описания пропульсивного волнообразного движения рыбоподобно пловца в вязкой несжимаемой жидкости. В исследовании предлагается метод совершения колебаний, основанный на деформации сетки, жестко связанной с телом. Для автоматического определения крейсерской скорости и мощности, затрачиваемой на движение, разработаны вспомогательные модули для OpenFOAM. Проводится верификация предложенной в работе модели путем сравнения с известными данными.
Ключевые слова
пропульсивное движение,
уравнение Навье-Стокса,
крейсерская скорость,
численное моделирование,
OpenFOAM.
При поддержке: Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда (проект № 22-79-10033-П).
Об авторах
Артем Наилевич НУРИЕВ
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Доктор физико-математических наук, профессор кафедры аэрогидромеханики Института математики и механики им. Н.И. Лобачевского Казанского (Приволжского) федерального университета. Сфера научных интересов: механика жидкости и газа, вычислительная гидродинамика, теория турбулентности, параллельные вычисления.
Дамир Альбертович ИСМАГИЛОВ
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Студент магистратуры Института математики и механики им Н.И. Лобачевского Казанского (Приволжского) федерального университета. Сфера научных интересов: механика жидкости и газа, численное моделирование, теория оптимизации.
Наиль Нафисович ГУМЕРОВ
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Студент магистратуры Института математики и механики им Н.И. Лобачевского Казанского (Приволжского) федерального университета. Сфера научных интересов: механика жидкости и газа, вычислительная гидродинамика, моделирование движения пропульсивных систем.
Список литературы
1. Prandtl L. Über die Entstehung von Wirbeln in der idealen Flüssigkeit, mit Anwendung auf die Tragflügeltheorie und andere Aufgaben. Vorträge aus dem Gebiete der Hydround Aerodynamik (Innsbruck 1922), 1924, pp. 18-33.
2. Birnbaum W. Der schlagflügelpropeller und die kleinen schwingungen elastisch befestigter tragflügel. Z. Flugtech. Motorluftschiffahrt, 1924, bd. 15, pp. 128-134.
3. Kármán T. V., Burgers J. M. Aerodynamic Theory: General aerodynamic theory: Perfect fluids. Number v. 2. J. Springer, 1935.
4. Theodorsen T., NACA R-496: General Theory of Aerodynamic Instability and the Mechanism of Flutter. National Advisory Committee for Aeronautics, 1935.
5. Keldysh M. V., Lavrentiev M. A. On the theory of the oscillating wing. Tekh. Zametki TsaGI, 1935, iss. 45, pp. 48-52. (in Russian).
6. Siekmann J. Theoretical studies of sea animal locomotion, part 1. Ingeneur-Archiv, 1962, vol. 31, no. 3, pp. 214-227.
7. Wu T. Y. T. Swimming of a waving plate. Journal of Fluid Mechanics, 1961, vol. 10, no. 3, pp. 321-344.
8. Wu T. Y. T. Hydromechanics of swimming propulsion. part 1. swimming of a two-dimensional flexible plate at variable forward speeds in an inviscid fluid. Journal of Fluid Mechanics, 1971, vol. 46, no. 2, pp. 337-355.
9. Lighthill M. J. Note on the swimming of slender fish. Journal of Fluid Mechanics, 1960, vol. 9, no. 2, pp. 305-317.
10. Lighthill M. J. Hydromechanics of aquatic animal propulsion. Annual Review of Fluid Mechanics, 1969, vol. 1, no. 1, pp. 413-446.
11. Lighthill M. J. Aquatic animal propulsion of high hydromechanical efficiency. Journal of Fluid Mechanics, 1970, vol. 44, no. 2, pp. 265-301.
12. Lighthill, M. J. Large-Amplitude Elongated-Body Theory of Fish Locomotion. Proceedings of the Royal Society B, 1971, vol. 179, no. 1055, pp. 125-138.
13. Wu X., Zhang X., Tian X., Li X., Lu W. A review on fluid dynamics of flapping foils. Ocean Engineering, 2020, vol. 195, id. 106712.
14. Zhang D., Zhang J. D., Huang W. X. Physical models and vortex dynamics of swimming and flying. Acta Mechanica, 2022, vol. 233, no. 4, pp. 1-40.
15. Coe M., Gutschmidt S. Cost of Transport is not the whole story. Ocean Engineering, 2024, vol. 313, id. 119332.
16. Nuriev A.N., Zaitseva O.N., Zhuchkova O.S. On the study of oscillatory motion of bodies in fluid. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta, Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2025, vol. 167, no. 1, pp. 54-98.
17. Coe M., Gutschmidt S. IKA-FLOW: A Flexible Body Overset Mesh Implementation for Fish Swimming. OpenFOAM® Journal, 2023, vol. 3, pp. 75-119.
18. Dong G. L., Lu X. Y. Characteristics of flow over traveling wavy foils in a side-by-side arrangement. Physics of Fluids, 2007, vol. 19, no. 5, id. 057107.
19. Roenby J. blockMesh. Available at: https://github.com/roenby/blockMesh, 2012, accessed 01.03.2026.
20. Bainbridge R. The Speed of Swimming of Fish as Related to Size and to the Frequency and Amplitude of the Tail Beat. The Journal of Experimental Biology, 1958, vol. 35, pp. 109-133.
21. Sánchez-Rodríguez J., Raufaste C., Argentina M. Scaling the tail beat frequency and swimming speed in underwater undulatory swimming. Nature Communications, 2023, vol. 14, no. 1, id. 5569.
Рецензия
Для цитирования:
НУРИЕВ А.Н., ИСМАГИЛОВ Д.А., ГУМЕРОВ Н.Н. Реализация численной модели плавания рыбы в OpenFOAM. Труды Института системного программирования РАН. 2026;38(3):161-174. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2026-38(3)-27
For citation:
NURIEV A.N., ISMAGILOV D.A., GUMEROV N.N. Implementation of a Numerical Model of Fish Swimming in OpenFOAM. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2026;38(3):161-174. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2026-38(3)-27
Послать статью по эл. почте 