船舶阻力第一章.

1、船舶阻力與推進(jìn)船舶阻力與推進(jìn)-船舶阻力部分船舶阻力部分第一章第一章 緒論緒論1.1 船舶快速性及研究方法船舶快速性及研究方法一、船舶快速性一、船舶快速性 1、： 船舶快速性是研究船舶盡可能消耗較小的機(jī)器功率以維持一定航行速度的能力的。 船舶快速性是在給定主機(jī)功率時(shí)，表征船舶航行速度快慢的一種。船舶性能：船舶性能：浮性、穩(wěn)性、抗沉性、耐波性、操縱性 2、船舶快速性研究所包含的兩部分內(nèi)容（1）：研究船體在運(yùn)動(dòng)過程中所受到的各 種阻力問題。（2）：研究克服船體阻力的推進(jìn)器及其與 船體間的相互干擾及船、機(jī)、槳的 匹配問題。 1、各種阻力成因與性質(zhì) 2、阻力隨航速、船型及外界條件變化規(guī)律 3、減阻方法

2、4、優(yōu)良船型 5、阻力估算二、船舶阻力課程內(nèi)容和任務(wù)二、船舶阻力課程內(nèi)容和任務(wù)1 、理論方法2 、試驗(yàn)方法 船模試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)3 、數(shù)值仿真 CFD STARCD、FLOW-3D、CFX、FLUENT三、研究方法三、研究方法1.1 船舶快速性及研究方法船舶快速性及研究方法wRfRpvR1.2 船舶阻力的分類及阻力曲線船舶阻力的分類及阻力曲線 一、阻力劃分一、阻力劃分裸船體阻力船體阻力船體阻力 靜水水阻力附體阻力船舶阻力船舶阻力洶濤阻力附加阻力 空氣阻力 二、船體阻力的成因及分類二、船體阻力的成因及分類1、船體阻力的成因 波浪 現(xiàn)象 邊界層（粘性）旋渦（曲度驟變處） （旋渦阻力）靜水阻力 ：由興

3、波引起的壓力分布改變所產(chǎn)生的阻力。 ：由于水存在粘性在船體周圍形成邊界層，使船體運(yùn)動(dòng)過程中受到粘性切應(yīng)力作用，表現(xiàn)為船體表面產(chǎn)生了摩擦力，其在運(yùn)動(dòng)方向的合力為摩擦阻力。：由于水的粘性和船體曲度變化，會(huì)產(chǎn)生旋渦、邊界層等情況改變了沿船體表面壓力分布，引起船體前后壓力不平衡而產(chǎn)生的阻力為粘壓阻力。1.2 船舶阻力的分類及阻力曲線船舶阻力的分類及阻力曲線按成因分： 按流體作用力方向分： 壓力（興波、旋渦） 切向力（摩擦） 合力： 按流體性質(zhì)分：其中： twfpvRRRR2、船體阻力分類tfpRRRtwvRRRvfpvRRR1.2 船舶阻力的分類及阻力曲線船舶阻力的分類及阻力曲線 3、阻力關(guān)系： 摩擦

4、阻力 船體阻力 4、各部分所占船體阻力比重 fRvRpvRpRwR壓阻力粘壓阻力興波阻力粘性阻力1.2 船舶阻力的分類及阻力曲線船舶阻力的分類及阻力曲線三、阻力曲線和有效功率曲線三、阻力曲線和有效功率曲線1、影響阻力主要因素 航速航速 船型船型 外界條件外界條件2、阻力曲線 3、有效功率 有效功率 曲線較之阻力 曲線為 的高一次函數(shù)曲線1()tsRf VePetsPRVePtRsV1.2 船舶阻力的分類及阻力曲線船舶阻力的分類及阻力曲線 四、速度參數(shù)的表達(dá)四、速度參數(shù)的表達(dá) 無量綱參數(shù)傅汝德數(shù) 速長比 雷諾數(shù) 運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)（米2 / 秒）:/V m s/km h(/ )nmile h(11.8

5、52)nmilekm11.852/0.5144 /knkm hm ssrVFgLsVL(;)sVkn Lft0.2977/rsFVLseV LR1.2 船舶阻力的分類及阻力曲線船舶阻力的分類及阻力曲線 1.3 阻力相似定律阻力相似定律一、粘性阻力相似定律一、粘性阻力相似定律雷諾定律雷諾定律 取 為基本量 定律： 粘性阻力系數(shù) 根據(jù)定律 ( , , , )vRL v 12、22vRvL vL221/vRvL2/0.5vvRv SC2/1 /evLR12 2/0.51/vveeCRv SRf R,L v 1. 對于一定形狀的物體，粘性阻力系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)，當(dāng)雷諾數(shù)相同時(shí)，則粘性阻力系數(shù)必相同；

6、（深水、平板、順平面運(yùn)動(dòng)） 2.平板摩擦阻力系數(shù) 僅僅是雷諾數(shù)的函數(shù)，當(dāng)雷諾數(shù)相同時(shí)，摩擦阻力系數(shù)必相同。雷諾定律雷諾定律2/ 0.5ffeCRv SfRfC1.3 阻力相似定律阻力相似定律 二、興波阻力相似定律二、興波阻力相似定律傅汝德定律傅汝德定律 取 為基本量 定律： 興波阻力系數(shù) 傅汝德數(shù) 根據(jù)定律 12、 22vRvL 1TLv 112gvTLv221/wRv L2/0.5wwRv SC21222/1 /rgv LgLvF/rFvgL12 22/0.51/wwrrCRv SFf F( , , , )wRL v g , ,L v1.3 阻力相似定律阻力相似定律 對于給定船形的興波阻力系

7、數(shù)僅是與對于給定船形的興波阻力系數(shù)僅是與傅汝德傅汝德數(shù)數(shù) 有有關(guān)，當(dāng)兩船傅汝德數(shù)相等時(shí)，興波阻力系數(shù)關(guān)，當(dāng)兩船傅汝德數(shù)相等時(shí)，興波阻力系數(shù) 必相等。必相等。 2、傅汝德比較定律、傅汝德比較定律 形似船在相應(yīng)速度時(shí)（或相同形似船在相應(yīng)速度時(shí)（或相同F(xiàn)r時(shí)）單位排水量時(shí)）單位排水量興波阻力必相等。興波阻力必相等。 因?yàn)椋合鄳?yīng)速度 /wsswmmRR rmrsFF/mmssvg Lvg L/mssmsvvLLv1、傅汝德、傅汝德定律定律1.3 阻力相似定律阻力相似定律由傅汝德定律 因?yàn)椋?形似船形似船 相應(yīng)速度相應(yīng)速度 /wsswmmRR 2222/ 0.5/ 0.5/wmwswmmmmwssssw

8、swmsssmmmCCRvSRv SRRv SvS22/smvv2/smSS223/wswmsssmmmwmsmRRv SvSR/wmsmsmwmsmRR1.3 阻力相似定律阻力相似定律 三、船體總阻力相似定律三、船體總阻力相似定律全相似定律全相似定律 取 為基本量 定律： 總阻力系數(shù) vL123、 22tRvL 1TLv 112gvTLv221/tRv L2/0.5ttRv SC2/1 /evLR(,)R tLvg,L v123/1/rgvLF1.3 阻力相似定律阻力相似定律根據(jù)定律 水面船總阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和傅汝德數(shù)的函數(shù)，諾能使實(shí)船與船模實(shí)船與船模的 和 同時(shí)相等全相似全相似 （形似船）

9、（形似船） 全相似定律全相似定律 滿足全相似條件，實(shí)船與船模的總阻力系數(shù)為一常數(shù)123 、22/0.51/,1/tterCRv SRF,erfRFrFeR1.3 阻力相似定律阻力相似定律 一、實(shí)現(xiàn)全相似的條件一、實(shí)現(xiàn)全相似的條件 和 同時(shí)相等，則必有： （1）若假定縮尺比 則則 不可能不可能船模通常在水池中試驗(yàn)， 一般 可認(rèn)為 要滿足公式（1）， 則必須 意味著需用實(shí)船大小的模型進(jìn)行試驗(yàn) 不切實(shí)際不切實(shí)際 rmrsFF/mmssvgLvgL22/msmsvvLLReRems/mmmsssvLvv Lv222(/)(/)mssmmsvvLLvv32/msmsvvLL/3 6smLL/ 216ms

10、vvmsvvmsLLFrRe1.4 傅汝德假定傅汝德假定 * 全相似難以實(shí)現(xiàn)全相似難以實(shí)現(xiàn) * 通常情況下，船模試驗(yàn)連單一的雷諾數(shù)相等也不可通常情況下，船模試驗(yàn)連單一的雷諾數(shù)相等也不可能實(shí)現(xiàn)。能實(shí)現(xiàn)。 二、傅汝德假定二、傅汝德假定1、總阻力可分為獨(dú)立的二部分，一為 僅與 有關(guān)；另一為 與 合并后的剩余阻力 ，僅與 有關(guān)，且適用比較定律。 2、假定船體的摩擦阻力等于同速度、同長度、同濕面積的平板摩擦阻力。平板假定fReRpvRwRrRrF1212,()(),()tererferrRfRFfRfFRfRRfF1.4 傅汝德假定傅汝德假定作用：如果滿足傅汝德數(shù)相等組織船模試驗(yàn)，同時(shí)運(yùn)用傅 汝德假定，可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果換算得到實(shí)船在相應(yīng)速度時(shí)的阻力。 實(shí)船阻力 ： 比較定律 船模剩余阻力 傅汝德?lián)Q算關(guān)系傅汝德?lián)Q算關(guān)系tsfsrsRRR/rsrmRRsm/tsfsrmRRRsmrmtmfmRRR3/(/)smsm3(/)tsfsrmtmfmsmRRRRR1.4 傅汝德假定傅汝德假定無量綱表示tsfsrsrsrmrmtmfmtsfsrmfstmfmCCCCCCCCCCCCCC2/0.5CRv S1.4 傅汝德假定傅汝德假定 問題問題： 割裂了 和 間的