船舶阻力第一章

1、船舶阻力与推进船舶阻力与推进 -船舶阻力部分船舶阻力部分 第一章第一章 绪论绪论 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尽可能消耗较小的机器功 率以维持一定航行速度的能力的。 船舶快速性是在给定主机功率时，表征船舶航行 速度快慢的一种。 船舶性能：船舶性能： 浮性、稳性、抗沉性、耐波性、操纵性 2、船舶快速性研究所包含的两部分内容 （1）：研究船体在运动过程中所受到的各 种阻力问题。 （2）：研究克服船体阻力的推进器及其与 船体间的相互干扰及船、机、桨的 匹配问题。 1、各种阻力成因与性质 2、阻力随航速、船型及外界条件变化

2、规律 3、减阻方法 4、优良船型 5、阻力估算 二、船舶阻力课程内容和任务二、船舶阻力课程内容和任务 1 、理论方法 2 、试验方法 船模试验和实船试验 3 、数值仿真 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 w R f R pv R 1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线 一、阻力划分一、阻力划分 裸船体阻力船体阻力船体阻力 静水 水阻力 附体阻力 船舶阻力船舶阻力 汹涛阻力附加阻力 空气阻力 二、船体阻力的成因及分类二、船体阻力的成因及分类 1、船体阻力的成因 波浪 现象 边界

3、层（粘性） 旋涡（曲度骤变处） （旋涡阻力） 静水阻力 ：由兴波引起的压力分布改变所产生的阻力。 ：由于水存在粘性在船体周围形成边界层，使 船体运动过程中受到粘性切应力作用，表现为船体表 面产生了摩擦力，其在运动方向的合力为摩擦阻力。 ：由于水的粘性和船体曲度变化，会产生旋涡、 边界层等情况改变了沿船体表面压力分布，引起船体 前后压力不平衡而产生的阻力为粘压阻力。 1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线 按成因分： 按流体作用力方向分： 压力（兴波、旋涡） 切向力（摩擦） 合力： 按流体性质分： 其中： twfpv RRRR 2、船体阻力分类 tfp RRR twv RRR

4、vfpv RRR 1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线 3、阻力关系： 摩擦阻力 船体阻力 4、各部分所占船体阻力比重 f R v R pv R p R w R 压阻力 粘压阻力 兴波阻力 粘性阻力 1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线 三、阻力曲线和有效功率曲线三、阻力曲线和有效功率曲线 1、影响阻力主要因素 航速航速 船型船型 外界条件外界条件 2、阻力曲线 3、有效功率 有效功率 曲线较之阻力 曲线为 的高一次函数曲线 1( ) ts Rf V e P ets PRV e P t R s V 1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线

5、 四、速度参数的表达四、速度参数的表达 无量纲参数 傅汝德数 速长比 雷诺数 运动粘性系数（米2 / 秒） :/V m s /km h(/ )nmile h(11.852)nmilekm 11.852/0.5144 /knkm hm s s r V F gL s V L (;) s Vkn Lft 0.2977/ rs FVL s e V L R 1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线 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诺定律雷诺定律 取 为基本量 定律： 粘性阻力系数 根据定律 ( , , , ) v RL v 12 、 22 v

6、RvL vL 22 1 / v RvL 2 /0.5 vv Rv SC 2 /1 / e vLR 12 2 /0.51/ vvee CRv SRf R ,L v 1. 对于一定形状的物体，粘性阻力系数仅与雷诺数有关， 当雷诺数相同时，则粘性阻力系数必相同； （深水、平板、顺平面运动） 2.平板摩擦阻力系数 仅仅是雷诺数的函数，当雷诺数 相同时，摩擦阻力系数必相同。 雷诺定律雷诺定律 2 / 0.5 ffe CRv SfR f C 1.3 阻力相似定律阻力相似定律 二、兴波阻力相似定律二、兴波阻力相似定律傅汝德定律傅汝德定律 取 为基本量 定律： 兴波阻力系数 傅汝德数 根据定律 12 、 22

7、 v RvL 1 TLv 112 gvTLv 22 1 / w Rv L 2 /0.5 ww Rv SC 2122 2 /1 / r gv LgLvF / r FvgL 12 22 /0.51/ wwrr CRv SFf F ( , , , ) w RL v g , ,L v 1.3 阻力相似定律阻力相似定律 对于给定船形的兴波阻力系数仅是与对于给定船形的兴波阻力系数仅是与傅汝德傅汝德数数 有有 关，当两船傅汝德数相等时，兴波阻力系数关，当两船傅汝德数相等时，兴波阻力系数 必相等。必相等。 2、傅汝德比较定律、傅汝德比较定律 形似船在相应速度时（或相同形似船在相应速度时（或相同Fr时）单位排水

8、量时）单位排水量 兴波阻力必相等。兴波阻力必相等。 因为： 相应速度 / wsswmm RR rmrs FF / mmss vg Lvg L / mssms vvLLv 1、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 因为： 形似船形似船 相应速度相应速度 / wsswmm RR 22 22 / 0.5/ 0.5 / wmws wmmmmwssss wswmsssmmm CC RvSRv S RRv SvS 22 / sm vv 2 / sm SS 223 / wswmsssmmmwmsm RRv SvSR / wmsmsmwmsm RR 1.3 阻力相似定律阻力相

9、似定律 三、船体总阻力相似定律三、船体总阻力相似定律全相似定律全相似定律 取 为基本量 定律： 总阻力系数 vL 123 、 22 t RvL 1 TLv 112 gvTLv 22 1 / t Rv L 2 /0.5 tt Rv SC 2 /1 / e vLR (,)R tLvg ,L v 12 3 /1/ r gvLF 1.3 阻力相似定律阻力相似定律 根据定律 水面船总阻力系数是雷诺数和傅汝德数的函数， 诺能使实船与船模实船与船模的 和 同时相等全相似全相似 （形似船）（形似船） 全相似定律全相似定律 满足全相似条件，实船与船模的总阻力系数 为一常数 123 、 22 /0.51/,1/

10、tter CRv SRF , er fRF r F e R 1.3 阻力相似定律阻力相似定律 一、实现全相似的条件一、实现全相似的条件 和 同时相等，则必有： （1） 若假定缩尺比 则则 不可能不可能 船模通常在水池中试验， 一般 可认为 要满足公式（1）， 则必须 意味着需用实船大小的模型进行试验 不切实际不切实际 rmrs FF/ mmss vgLvgL 22 / msms vvLL ReRe ms / mmmsss vLvv Lv 222 (/)(/) mssmms vvLLvv 3 2 / msms vvLL /3 6 sm LL/ 216 ms vv ms vv ms LL FrRe

11、 1.4 傅汝德假定傅汝德假定 * 全相似难以实现全相似难以实现 * 通常情况下，船模试验连单一的雷诺数相等也不可通常情况下，船模试验连单一的雷诺数相等也不可 能实现。能实现。 二、傅汝德假定二、傅汝德假定 1、总阻力可分为独立的二部分，一为 仅与 有关； 另一为 与 合并后的剩余阻力 ，仅与 有关，且适 用比较定律。 2、假定船体的摩擦阻力等于同速度、同长度、同湿 面积的平板摩擦阻力。平板假定 f R e R pv R w R r R r F 12 12 ,()() ,() terer ferr RfRFfRfF RfRRfF 1.4 傅汝德假定傅汝德假定 作用：如果满足傅汝德数相等组织船模试验，同时运用傅 汝德假定，可以将实验结果换算得到实船在相应速度时 的阻力。 实船阻力 ： 比较定律 船模剩余阻力 傅汝德换算关系傅汝德换算关系 tsfsrs RRR / rsrm RRsm / tsfsrm RRRsm rmtmfm RRR 3 /(/) sm sm 3 (/) tsfsrmtmfmsm RRRRR 1.4 傅汝德假定傅汝德假定 无量纲表示 tsfsrs rsrm rmtmfm tsfsrmfstmfm CCC CC CCC CCCCCC 2 /0.5CRv S 1.4 傅汝德假定傅汝德假定 问题问题： 割裂了 和