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在过去几十年里，涡环的研究一直是流体力学领域的一个重要课题。Shariff（Annu.Rev.Fluid Mech.24:235-79,1992）总结了对涡环的形成和传输过程的研究，Dabiri（Annu.Rev.Fluid Mech.41:17-33,2009）进一步探索了涡环的动力学特性，目的之一在于通过深入研究涡环揭示生物产生高升力和大推力的本质原因。但是，对于涡环的半径、能量、环量等物理特征及涡环的演化过程缺乏定量化的分析，其中一个重要问题在于无法定量化确定涡环的边界及涡环的物理特征。本文通过数值方法模拟涡环的形成和传输，进而采用随体坐标系下流函数方法定量地确定涡环边界及涡环的物理特征。通过与Gharib（J.FluidMech.360:121-140,1998）等人的实验结果和Slug模型的分析结果进行对比，表明该方法能合理地确定涡环的边界和涡环的物理特征参数。本文利用数值模拟方法并结合实验手段对涡环的物理特征进行研究，具体的研究内容以及相应的结论如下：1.研究了采用活塞机制产生的涡环，其形成时间（Formation time：活塞冲程/活塞直径）对涡环物理特征的影响。研究表明当小于4时，涡环的涡核半径随形成时间的增长而增大，但是当大于4之后，涡核半径不再进一步增大，说明涡环的夹止（pinch-off）实际上是涡核的夹止（pinch-off）。2.研究了在涡环演化过程中，涡核的生长过程。研究发现涡核的生长存在三个阶段：涡核快速生长阶段；当参数A=Γring/xcoreΔU达到1左右时，由于尾迹涡环的生长而出现类似夹止的阶段；涡环的涡核与其尾迹涡环涡核合并的阶段。3.研究了单个涡环和相继生长的两个涡环演化过程中产生的瞬时力，以及影响瞬时力变化的主要因素。采用涡量矩定理计算涡环演化过程中产生的瞬时力，表明涡环的动量变化是产生瞬时力的主要原因，此外，停止涡（stopping vortex）以及涡环的形成时间对瞬时力的变化具有较大的影响。同时发现由于两个涡环之间的相互诱导作用会导致第二个涡环演化过程中瞬时力获得增益，同时表明瞬时力的增益存在两种模式：相对量的增益和绝对量的增益。4.研究了如何利用尾迹信息判断生物推进的效率。采用两个无量纲参数ξv和ηw来判断生物推进的效率，其中η——w的值越大，生物推进的效率也越大。通过对涡环流动的研究表明该参数可以有效地对其效率进行判断。