船模阻力.doc

院系 工学院理论与应用力学专业班级 理论与应用力学12级 实验课程 流体力学实验 姓名： 梁彦豪12309028 指导教师 苏炜船模阻力实验报告书目录一、实验摘要.3二、实验背景及工程应用.3三、实验目的要求.3四、实验装置.3五、实验原理.4六、实验方法与步骤.6七、实验数据处理与分析.6八、实验原始数据.10实验日期：2015年6月12日原创申明：我保证实验数据和实验报告是本人亲自完成。 签名： 1、 实验摘要 本实验通过测量等比缩小的船模型的航行阻力，再与船模航行速度进行比较以得到船模阻力与速度之间的关系；再通过船模试验结果换算到实船阻力和实船航速之间的关系。2、 实验背景及工程应用船舶在水面上航行时，会遭受水的阻力作用。如何预测船舶在航行时所遭受的阻力？船型和阻力之间的关系如何？这是船舶设计研究需要解决的重要问题。迄今为止，船模阻力实验是确定船舶阻力的最有效的方法。近年来，根据流体力学基本理论研究船舶阻力问题有很大进展，加上电子计算机的广泛应用，使得船舶阻力的理论计算方法有很大发展。但是，由于船舶阻力问题比较复杂，在理论计算时常需作某些简化假定，故所得结果与实际到底存在多大差别，需要用船模实验结果进行检验，或进行适当的修正。综上所述，船模阻力实验是目前研究船舶阻力最基本有效的方法。3、 实验目的要求本教学试验的目的是使学生初步掌握船模阻力试验的基本方法和根据船模试验结果换算到实船阻力的基本方法，借以培养学生进行科学试验研究的工作能力。根据上述目的，本教学试验包括两个方面的内容：1. 测定船模阻力与速度之间的关系。2. 求出实船阻力（有效功率）与航速之间的关系。4、 实验装置图1为我校试验水池简图。拖车可沿水池两旁的轨道上行走；拖车上装置有控制、驱动系统及有关测量仪器，并载若干名试验人员。图2表示船模与拖车连接的情况，拖曳船模的钢丝通过导轮与阻力仪连接。图1图25、 实验原理由船舶阻力理论已知，船舶在航行时遭受的总阻力可分为摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。船模试验只能测得其总阻力。目前，阻力换算方法有两种，其中一种式佛鲁德法（又称二因次法），即假定将船舶总阻力分为摩擦阻力和剩余阻力两部分，剩余阻力(包括兴波阻力和形状阻力)可以应用重力相似定律，而摩擦阻力则与同速度、同长度、同湿面积的平板（称为相当平板）的摩擦阻力相等。根据这一假定，就可以从船模试验结果计算同一佛氏数时的阻力。换算步骤如下：1. 计算船模总阻力系数式中，Rtm 船模阻力，牛顿 试验水池水密度，公斤/米3 船模湿面积，米2 船模速度，米/秒2. 计算船模摩擦阻力系数。平板摩擦阻力系数公式很多，目前常用国际水池会议推荐的公式：式中， 船模雷诺数 Lm 船模水线长，米 试验水池中的水的运动粘性系数，可从水温表查得3. 计算船模的剩余阻力系数4. 求实船的相对应速度及实船剩余阻力系数。根据相似定律，实船与船模佛鲁德数相等时，剩余阻力系数相等。由 得 此时 CrsCrm5. 计算实船摩擦阻力系数（）式中， 实船雷诺数。Ls 实船水线长，米。 水的运动粘性系数，一般取15C时的值通常取实船粗糙度补贴6. 计算实船总阻力系数7. 计算实船总阻力 （牛顿）式中，Ss 实船湿面积，米2 水的密度，公斤/米3，一般取15C时的值在工程上，实船总阻力通常用有效功率表示： (千瓦)以上计算，通常列表进行较为方便。6、 实验方法与步骤拖车起动，并通过刹船架夹住船模一起加速，当拖车达到所要求速度下等速前进时，松开刹船架，此时拖车通过钢丝拖着船模前进，由阻力仪器测出钢丝拖力（也就是船模阻力Rtm），并同时用测速仪测量拖车速度（也就是船模速度Vm）。记录完毕，刹住船模，拖车减速，刹车，退回原处，这就完成了一个速度点的试验。重复上述过程，直到得到完整的一条阻力曲线。7、 实验数据处理与分析尺度比：50表一. “朝阳”号远洋货轮实船主要尺度及船型系数设计水线长(m)型 宽(m)设计吃水(m)排水体积(m3)湿表面积(m2)方形系数 152.0 20.4 8.2 16500 4075 0.649；=；=； Crm=Crs; 预定速度(m/s)实际阻力（Kg）实际阻力Rtm（N）船模总阻力系数Ctm船模摩擦阻力系数Cfm船模剩余阻力系数Crm=Ctm-Cfm0.7000.180421.7681160.00442748 0.00395669 0.00047080 0.8000.227222.2267560.00426909 0.00385335 0.00041574 0.9000.279632.7403740.00415114 0.00376553 0.00038561 1.0000.353033.4596940.00424502 0.00368948 0.00055554 1.1000.432094.2344820.00429395 0.00362266 0.00067129 1.2000.507174.9702660.00423506 0.00356323 0.00067183 1.3000.623806.113240.00443841 0.00350984 0.00092857 1.4000.789147.7335720.00484135 0.00346147 0.00137988 1.5001.1507511.277350.00614988 0.00341733 0.00273255 1.6001.5973215.6537360.00750275 0.00337681 0.00412594 =0.0004； （牛顿）； (千瓦)预定速度(m/s)实际阻力（Kg）实际阻力（N）实船摩擦阻力系数（Cfs+）实船总阻力系数Cts=Crm+（Cfs+）实船总阻力Rts实船总阻力有效功率Pes0.7000.180421.7681160.00198159 0.00245239 125478.49 621.08 0.8000.227222.2267560.00195529 0.00237103 158452.71 896.34 0.9000.279632.7403740.00193262 0.00231823 196076.53 1247.81 1.0000.353033.4596940.00191277 0.00246831 257740.60 1822.48 1.1000.432094.2344820.00189514 0.00256643 324263.33 2522.15 1.2000.507174.9702660.00187931 0.00255114 383601.44 3254.93 1.3000.623806.113240.00186497 0.00279354 492975.29 4531.58 1.4000.789147.7335720.00185188 0.00323176 661421.86 6547.68 1.5001.1507511.277350.00183985 0.00457240 1074261.52 11394.15 1.6001.5973215.6537360.00182873 0.00595467 1591772.55 18008.68 误差分析：本实验误差的产生在测量零点的测定上以及船速的测定上。在测速仪的实验上可以看到，水流的相对速度与船本身测量的相对速度有一定的差距。另外，测量零点的不准确将导致后面测量数据有较大的误差，也是为何之前测量的数据不能使用的原因之一。8、 实验原始数据试验日