Simulazione numerica diretta del nuoto dei pesci con analisi delle performance

The fish move in the water by swimming, thanks to the thrust mechanism given by the deformation of their body. The free swimming mechanism of a deformable body in a fluid is determined by the interaction between the dynamics of the body and non-stationary fluid dynamics. The present thesis work has as its objective the study and development of a code capable of simulating, at the computational fluid dynamics level, a moving body described by a periodic deformation. We then went on to observe the behavior of various swimming styles as the parameters that identify the shape and deformation of the fish vary. We will talk in detail about how body thickness affects free swimming performance. The conclusion we can draw is that theory and modeling remain central to improving our understanding of swimming. Simple models, based on added mass only, can help provide an appropriate insight into the mechanics of wave swimming, for example for animals such as eels and stingrays. To better understand the swimming of oscillatory swimmers, such as tuna and dolphins, the models must consider both the forces due to the added mass and the circulatory forces, which occurs in the model used in this thesis study.

I pesci si spostano in acqua nuotando, ovvero mediante il meccanismo di spinta data dalla deformazione del loro corpo. Il meccanismo del nuoto libero di un corpo deformabile in un mezzo è determinato dall’interazione tra la dinamica del corpo e la fluidodinamica non-stazionaria. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo lo studio e lo sviluppo di un codice in grado di simulare, a livello fluidodinamico computazionale, un corpo in movimento descritto da una deformazione periodica. Si è poi andati ad osservare il comportamento di vari stili di nuotata al variare di parametri che identificano la forma e la deformazione del pesce. Parleremo nel dettaglio di come lo spessore del corpo influisca sulle performance della nuotata libera. La conclusione che possiamo trarre è che la teoria e la modellazione rimangono centrali per migliorare la nostra comprensione del nuoto ondulatorio ed oscillatorio. Semplici modelli, basati solo sulla massa aggiunta, possono aiutare a fornire una visione appropriata della meccanica del nuoto ondulatorio, ad esempio per animali come anguille e razze. Per comprendere meglio il nuoto dei nuotatori oscillatori, come i tonni ed i delfini, i modelli devono considerare sia le forze dovute alla massa aggiunta che le forze circolatorie, cosa che avviene nel modello utilizzato in questo studio di tesi.