Modelling the hydrodynamics of swimming fish. From individuals to infinite
schools
Datum: 26 september 2011
Promotie: dhr. D.A.P. Reid, 13.15 uur, Aula Academiegebouw, Broerstraat
5, Groningen
Proefschrift: Modelling the hydrodynamics of swimming fish. From
individuals to infinite schools
Promotor(s): prof.dr. C.K. Hemelrijk
Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen
Zwemmen in een school spaart energie
Voor vissen is het niet alleen voor de veiligheid en om sociale redenen
voordelig om in een school te zwemmen, maar ook vanuit energetisch
oogpunt, concludeert Daniel Reid in zijn proefschrift. Hij deed
onderzoek naar de hydrodynamica van vissen, die zwemmen door hun
lichaam gestaag te golven. Hij onderzocht dit met een computermodel (de
zogeheten Multiparticle Collision Dynamics methode) en een meta-analyse
van gepubliceerde data over zwemmende vissen. In het computermodel
simuleerde hij het water en zijn dynamica door middel van miljoenen
deeltjes die rondbewegen en met elkaar botsen. Uit dit gedrag op
microschaal ontstaat op macroschaal gedrag dat hydrodynamisch klopt.
Reid ontdekte dat het toevoegen van lange, staartachtige platen aan de
stroomafwaartse zijde van een cylinder de waterweerstand verhoogt bij
lage Reynoldsgetallen, maar verlaagt bij hogere Reynoldsgetallen. Dit
verklaart mogelijk waarom kleine dieren in plaats van platte staarten
ronde flagellae gebruiken. Door een zwemmende vis te bestuderen toonde
Reid aan dat het beperken van hun acceleratie in de zijrichting (zoals
veel simulaties van zwemmende vissen doen) de resultaten kan
beïnvloeden: de kracht- en stroompatronen zijn sterker, zodat zij
lijken op die van een niet-beperkte vis met een hogere
staartslagfrequentie.
In simulaties van oneindig grote scholen vissen ontdekte hij dat in de
meeste gevallen het voordelig is, qua zwemsnelheid en efficiëntie, om
in groepen te zwemmen, zelfs in een lange rij achter elkaar. Door een
meta-analyse van de wetenschappelijke literatuur over gestaag zwemmende
echte vissen vond Reid enkele wetmatigheden die ongeacht de vissoort
gelden, onder andere dat de achterwaartse snelheid V van de
voortstuwende lichaamsgolf de belangrijkste factor is voor het bepalen
van de uiteindelijke zwemsnelheid U, en dat de zogeheten 'slip ratio'
(U/V) afhangt van het Reynoldsgetal.
Daniel Reid (Westeremden, 1978) studeerde kunstmatige intelligentie aan
de Rijksuniversiteit Groningen, en voerde zijn promotieonderzoek uit
bij de vakgroep theoretische biologie. Inmiddels werkt hij als
programmeur bij het UMCG.
Laatst gewijzigd: 20 september 2011 11:51
Rijksuniversiteit Groningen