竞技游泳是一种凭借运动员自身肢体动作和水的相互作用产生推进力,从而使运动员在水上漂浮并前进的一种竞技体育项目。现代游泳运动,特别是竞技游泳运动已经发展到了很高的水平,竞技游泳运动的研究范围已经涉及训练学、运动解剖学、运动生物力学、运动心理学、流体力学等学科。在游泳运动中,人类应该以何种方式如何利用水中的能量,目前还没有特别有说服力的研究成果。在流体力学范畴内,进行定量化研究是一项非常复杂的工作。目前对于生物流体力学的分析和测量有两种途径。第一,使用航空航天工业现有的实验设备——风洞及其相关研究设备,利用气体的流场和流线模拟液体的流场和流线。第二,使用高速流动水槽、水下激光片光源、水下同步高速摄影设备、水下压力传感器等专用设备。但这两种方法都具有明显的缺点,无法服务于广大的游泳运动员、教练员和游泳爱好者。游泳教学主要是在水中进行的,水的物理特性对游泳有着重要的影响。游泳时即要利用水的压力、浮力、升力、阻力的有利因素,又要克服它们对游泳的不利影响。由于初学者对水的物理特性缺乏实际的感知和体验,不仅不了解怎样克服水的压力、阻力的不利因素影响,更不懂如何利用它们对游泳的有利因素。因此在游泳教学中,直观性的可视化教学就显得非常重要。游泳教学的直观性教具包括挂图、照片、幻灯、电影、电视、录像等。其中,挂图和照片的运用较为方便,但幻灯、电影和电视的直观性效果最佳。对于结构复杂、速度较快、连续性较强的动作使用可视化教学可以提高学员的认知程度,提高教学效果。现在各种泳姿技术动作的图片、录像素材已经非常丰富。但在流体力学基础理论方面却没有为游泳运动专门提供的静态、动态图像素材和资料。经过调查,在我国游泳教育和科研的最权威机构之一——北京体育大学游泳教研室存档资料里,也没有关于游泳运动流场与涡旋可视化研究方法和成果的信息。在游泳运动流体理论的研究上,这种方法与成果均非常匮乏的现状不符合我国游泳运动的发展水平,也满足不了游泳教学的实际需要。因此,进行游泳运动流场与涡流的可视化研究不但具有巨大的现实意义,同时也可以满足迫切的现实需要。本文运用水下摄影实验,采用示踪粒子和气泡墙技术对竞技游泳运动员爬泳S型划手划迹范围内的主要流场和涡旋进行了观察和可视化研究,并运用流体力学理论对观察到的流场和涡旋现象进行了解释。经过研究,得出以下结论:1、在游泳科普和普及推广范围内,进行流场的可视化研究并不是只能在风洞或者高速水槽中进行;2、只要实验设计合理,使用简单的实验器材可以完成游泳运动流场的可视化研究;3、流场和涡旋的可视化研究成果,可以为体育院校游泳专业学生的理论学习和游泳初学者,提供最直接了解人体在水中运动对流场影响的规律;4、通过对游泳运动流场可视化研究成果的观察发现,手掌在水中运动就会扰动水分子的正常排列顺序,并在不同流层内制造出多个涡旋;5、不同的流场可视化实验具有不同的特点,可以根据实际需要和现实情况进行选择。