流体力学的自然启示：动物行为中的流体智慧

流体力学广泛应用于各个领域，例如，利用流体力学的知识和方法可以设计出更加节能、更加安全的汽车和飞机；可以研究海洋环境、气象变化等大自然中的流体现象，探究其规律和影响因素；还可以研究能源转化和传递中的流体动力学问题，为能源的开发和利用提供理论和实践支持。

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称 CFD）是一种基于数值计算方法研究流体运动的技术。它利用数学模型、计算机模拟和数值方法，对复杂的流体运动过程进行数值模拟和预测，以求解流场的物理量（如流速、压力、温度等）分布，进而得到流体的运动规律和性质，最终进行产品结构优化以提升性能指标。

事实上，流体力学无处不在，你可能没有意识到，我们的动作或行为也涉及到流体力学。无论是挥舞双手、用手指翻转笔杆，还是划着船穿越波涛汹涌的水面——这些活动都涉及推动流体或制造涡流。

动物在日常活动中是如何利用流体力学的？

动物或微生物也许比你更了解流体力学。

比如，在盐碱地和恶劣环境中群居的火烈鸟。它们擅长运用流体力学，这一点在进食过程中表现得非常明显。火烈鸟用喙在水面上画圈，形成涡流，帮助它们从脏水中筛出小鱼或其他藏在泥里的生物。

萌萌的企鹅虽然长满羽毛，拥有一对翅膀，虽不会飞翔，但是会用这对翅膀（鳍）在水中游动前行。借助翅膀或鳍的“流体力学”，它们能够成为游泳健将并进行长距离的迁移。借助对“企鹅鳍流体力学”的研究，让我们对游泳运动中关键的推进力和行进阻力有了更清晰的认知。

在自然界中，生物体的形态、结构以及行为都是经过长期演化所形成的，在各种环境中都具有很好的适应性和优越性能。这些自然界中的设计灵感，启发了科学家们将动物们的“绝技”应用于技术领域中，这也就是仿生学的范畴。

长期以来，古生物学家利用化石遗迹来研究不同物种的生理特征和进化历程。达尔文用长达 5 年的时间在南美和太平洋岛屿旅行，通过研究动物、植物、遗物骨架或印痕化石，总结出了生物进化论。

CFD与仿生学是两个看似不相关的领域，但它们却有着紧密的联系。CFD（计算流体力学）是一种利用数值计算方法研究流体运动的技术，而仿生学则是研究自然界中生物体的结构、功能和行为，并从中获取启示，开发出新的技术和材料的学科。

在自然界中，生物体的形态和结构都是经过长期演化所形成的，它们的结构和形态在各种环境中都具有很好的适应性和优越性能。这些自然界中的设计灵感，启发了科学家们将仿生学的思想应用于技术领域中。

在 CFD 领域，仿生学的应用主要体现在流体动力学中。生物体的运动和环境适应性使得它们的外形和表面结构具有特殊的流体力学特性，比如减阻、增加升力、减小湍流等等。将这些特性应用于工程设计中，可以有效地降低能耗、提高效率、减少噪音等。

例如，鲸鱼的皮肤表面有很多小凸起，这些凸起可以减小水流的摩擦力，从而降低阻力。这个设计灵感被应用在飞机和船舶的表面上，可以有效地减小阻力，降低燃油消耗。另外，燕子的翅膀表面有很多细小的羽毛，这些羽毛可以减小湍流的产生，使得燕子在飞行时更加稳定。这个设计灵感被应用在飞机的翼型设计中，可以减小飞机在飞行过程中产生的湍流，从而提高飞机的稳定性和效率。

除了表面结构的仿生学应用，生物体的形态和动作也可以为工程设计提供灵感。例如，极地熊的前掌和企鹅的翅膀在水下游动时都具有很好的推进力和稳定性，这些运动特点被应用于设计水下机器人和潜艇。

CFD 与仿生学的结合为工程设计提供了很好的灵感和指导，使得设计的产品具有更好的性能和适应性。未来，随着科技的不断发展，这种结合将会在更多领域中得到应用，带来更多的突破。

Cadence 致力于通过长期在计算软件方面的核心竞争力来推动系统创新。我们的计算流体力学解决方案是履行这一承诺的重要一环。具备业界领先的网格划分方法，以及强大的求解器和后处理能力，用户很快就会发现，计算流体力学就是“Cadence 流体力学”。

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