全文总字数：5064字
1. 研究目的与意义（文献综述）
经历漫长的自然选择，水生生物发展了各式各样的优秀运动能力。针对水生动物运动的研究，可为仿生机器人外形和运动的设计、水下仿生结构物的设计等提供样本和思路，促进海洋探索和开发。
自然界中存在很多结构复杂的旋涡等紊流环境，旋涡对鱼类游泳行为的影响有利有弊。一方面，水生动物能通过调整身体运动形态与环境中的旋涡耦合作用，达到降低运动能耗、提高游泳效率的目的。如前人研究表明处于石块等钝体绕流形成的卡门涡街尾迹中的鱼类，会采用特殊的“卡门步态”游动模式来行进。此时鱼的摆动频率与旋涡的脱落频率同步，其身体可以避开涡心，类似于尾部骑在脱落的涡上运动，在这一模式下，鱼类能够使自身静止于圆柱后部，且大大减少了自身能耗[1-3]。另一方面旋涡中的紊流也可能对鱼类产生不利影响而被排斥[4-7]。水流的剧烈紊动和强大剪切应力可能会对鱼类造成直接伤害，不单迫使鱼类加大运动量，还可能使其迷失方向、丧失平衡，最终失去自主游泳能力[8-10]。历代学者对鱼类游泳模式和推进机理从各方面进行了较为详细的研究。一般认为鱼类流线型的身形是保证其高效游泳能力的一个重要因素。
相较于鱼类，蝌蚪的游泳行为受到的关注较少。作为青蛙和蟾蜍的幼虫，蝌蚪的外形与鱼类有明显不同。其较大的近似椭圆的钝体头部以及从球状身体到侧面扁平尾巴的突然转变使它们看起来不那么“流线型”。这就让很多人有了对蝌蚪的误解，认为蝌蚪并不擅长游泳。事实上，国外学者测量了蝌蚪的推进效率，发现其游泳效率甚至可以和鱼一样高[11]。研究蝌蚪的运动方式，揭示其运动的流场特性，探明蝌蚪钝体头部的绕流与尾巴的摆动之间的关联，及其与鱼类在钝体绕流尾迹中的运动模式之间的区别和联系，有助于我们研究非流线型物体在流体中的运动，为开发高效的非流线型结构的水下机器人和水下结构物提供依据
2. 研究的基本内容与方案
本文拟观测蝌蚪的游动行为，依此通过图像分析研究蝌蚪游动时的特征运动参数及其与来流速度的响应关系，在此基础上通过数值模拟分析蝌蚪游动时的流场结构，借此探索蝌蚪的推进机制。
项目主要研究内容包括：
(1) 蝌蚪游泳运动观测实验
3. 研究计划与安排
第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确立基本的研究思路，完成开题报告。
第4-8周：对试验图像进行信息处理，归纳总结蝌蚪运动规律，建立蝌蚪运动的描述公式。
第9-11周：利用数值模拟软件对蝌蚪游动时的周围流场进行数值分析，计算蝌蚪受到的作用力，结合蝌蚪运动的实验分析结果探讨蝌蚪对流场的响应规律。
4. 参考文献（12篇以上）
1. liaojc, beal dn, lauder gv, et al. 2003. the kármán gait: novel body kinematics ofrainbow trout swimming in a vortex street [j]. journal of experimental biology, 206(6): 1059-1073.
2. liaojc. 2007. a review of fish swimming mechanics and behavior in altered flows[j]. philosophical transactions of royal society b, 362:1973-1993.
3.akanyeti o, liao jc. 2013. a kinematic model of kármán gaiting in rainbow trout[j]. the journal of experimental biology. 216(24):4666-4677.
