船舶阻力第章粘性阻力ppt课件

1、2-1 2-1 边境层和摩擦阻力边境层和摩擦阻力一、平板边境层一、平板边境层 1 1、边境层厚度、边境层厚度 影响边境层厚度的主要要素有：来流速度影响边境层厚度的主要要素有：来流速度v v、距板前单点距板前单点O O的间隔的间隔x x和流体的粘性运动粘性和流体的粘性运动粘性系数。边境层厚度取决于有这三个物理量所系数。边境层厚度取决于有这三个物理量所组成的无量纲数组成的无量纲数2 2、边境层内的流动形状、边境层内的流动形状 将流体划分为截然不同的两部分，并分别加以将流体划分为截然不同的两部分，并分别加以处置。处置。1界层外面视为理想流体，可用势界层外面视为理想流体，可用势流实际来处理；流实际来处

2、理；2界层内部那么视为真实界层内部那么视为真实流体，需用边境层实际来求解。流体，需用边境层实际来求解。4 4、边境层实际的重要意义、边境层实际的重要意义 由牛顿内摩擦定理有：由牛顿内摩擦定理有：二、摩擦阻力的成因与主要特性二、摩擦阻力的成因与主要特性那么整个平板的摩擦阻力为：那么整个平板的摩擦阻力为：1 1、摩擦阻力系数、摩擦阻力系数假设平板如上图所示，那么平板摩擦阻力系数假设平板如上图所示，那么平板摩擦阻力系数为：为：1 1在一样来流条件下，紊流边境层内速度梯度在一样来流条件下，紊流边境层内速度梯度较大，摩擦切应力较层流情况大，摩擦阻力系较大，摩擦切应力较层流情况大，摩擦阻力系数也较大。数也

3、较大。2 2、摩擦阻力的主要特性、摩擦阻力的主要特性当来流速度不变，由当来流速度不变，由x x增大引起雷诺数增大时，增大引起雷诺数增大时，界层厚度添加，边境层内速度分布的丰满度减界层厚度添加，边境层内速度分布的丰满度减小。摩擦切应力和部分摩擦阻力系数均随雷诺小。摩擦切应力和部分摩擦阻力系数均随雷诺数增大而减小。数增大而减小。2 2雷诺数对摩擦阻力的影响雷诺数对摩擦阻力的影响当当x x一定，由一定，由v v增大引起雷诺数增大时，界层厚增大引起雷诺数增大时，界层厚度减薄，边境层内速度分布的丰满度增大。摩度减薄，边境层内速度分布的丰满度增大。摩擦切应力随雷诺数增大而增大。擦切应力随雷诺数增大而增大。

4、当雷诺数增大时，摩擦阻力系数和部分摩擦阻当雷诺数增大时，摩擦阻力系数和部分摩擦阻力系数均随之减少。力系数均随之减少。假设流体介质给定，当界层内的流动形状固定假设流体介质给定，当界层内的流动形状固定时，那么摩擦切应力为常数。显然板长为时，那么摩擦切应力为常数。显然板长为L L的的平板摩擦阻力的值正比于平板的湿面积。平板摩擦阻力的值正比于平板的湿面积。3 3摩擦阻力与平板湿面积的关系摩擦阻力与平板湿面积的关系这一结论对研讨船体外形以减这一结论对研讨船体外形以减小湿面积从而降低摩擦阻力具小湿面积从而降低摩擦阻力具有实践意义。有实践意义。三、船体边境层三、船体边境层1 1、边境层外缘势流不同、边境层外

5、缘势流不同2 2、界层内纵向压力分布不同、界层内纵向压力分布不同2-2 2-2 平板摩擦阻力系数计算公式平板摩擦阻力系数计算公式所谓相当平板，就是具有一样运动速度、一样所谓相当平板，就是具有一样运动速度、一样长度、一样湿外表积的平板和船体的摩擦阻力长度、一样湿外表积的平板和船体的摩擦阻力一样。但实践船体外表不是平板，而是有曲度一样。但实践船体外表不是平板，而是有曲度的，同时船体外表还有粗糙度等。因此，用相的，同时船体外表还有粗糙度等。因此，用相当平板实际计算得到的摩擦阻力与实船的摩擦当平板实际计算得到的摩擦阻力与实船的摩擦阻力有差别。阻力有差别。目前还没有直接计算船体摩擦阻力的可靠公式目前还没

6、有直接计算船体摩擦阻力的可靠公式，工程上主要采用相当平板实际确定船体摩擦，工程上主要采用相当平板实际确定船体摩擦阻力。阻力。一、光滑平板层流摩擦阻力系数公式一、光滑平板层流摩擦阻力系数公式 二、光滑平板紊流摩擦阻力系数公式二、光滑平板紊流摩擦阻力系数公式 1、速度为指数的计算公式、速度为指数的计算公式 2、速度为对数的计算公式、速度为对数的计算公式 1桑海公式桑海公式 2柏兰特柏兰特-许立汀公式许立汀公式 3休斯公式休斯公式 3、平板摩擦阻力的普遍公式、平板摩擦阻力的普遍公式 三、三、1957ITTC公式公式 四、过渡流平板摩擦阻力计算公式四、过渡流平板摩擦阻力计算公式 2-3 2-3 减少摩

7、擦阻力的方法减少摩擦阻力的方法一、减小船体湿外表积一、减小船体湿外表积由于摩擦力的大小正比于船体湿外表积，因此由于摩擦力的大小正比于船体湿外表积，因此船型参数、特别是主尺度确实定要适当。船型参数、特别是主尺度确实定要适当。 二、减小船体外表粗糙度二、减小船体外表粗糙度 三、控制边境层三、控制边境层 四、采用聚合物溶液降阻剂及仿生学研讨四、采用聚合物溶液降阻剂及仿生学研讨 2-4 2-4 船体摩擦阻力的计算步骤船体摩擦阻力的计算步骤一、计算公式一、计算公式 二、详细计算步骤二、详细计算步骤 1 1、计算湿外表积、计算湿外表积 1 1有线型图时有线型图时 2 2无线型图时，利用近似公式计算无线型图

8、时，利用近似公式计算 1 1荷兰瓦根宁船池阅历公式荷兰瓦根宁船池阅历公式 2 2我国长江船型的近似公式计算我国长江船型的近似公式计算 3 3交通部船舶运输科学研讨所的江船公式交通部船舶运输科学研讨所的江船公式 4 4利用桑地图谱利用桑地图谱 2 2、计算雷诺数、计算雷诺数 3 3、根据光滑平板摩擦阻力公式算出或由相应、根据光滑平板摩擦阻力公式算出或由相应的表中查得摩擦阻力系数。的表中查得摩擦阻力系数。 4 4、决议粗糙度补贴系数的值。目前我国普通、决议粗糙度补贴系数的值。目前我国普通取：取： 5 5、计算出船舶的摩擦阻力：、计算出船舶的摩擦阻力： 2-5 2-5 粘压阻力的成因与特性粘压阻力的

9、成因与特性一、船体粘压阻力产生的缘由一、船体粘压阻力产生的缘由 粘压阻力产生的缘由是由于粘性作用和物体后粘压阻力产生的缘由是由于粘性作用和物体后部的纵向压力梯度部的纵向压力梯度 。 二、粘压阻力特性二、粘压阻力特性 1 1、粘压阻力与后体外形的关系、粘压阻力与后体外形的关系 假设船舶的后体收假设船舶的后体收缩较缓和，那么沿缩较缓和，那么沿曲面的流速变化较曲面的流速变化较缓慢，因此纵向正缓慢，因此纵向正压力梯度较小，分压力梯度较小，分别景象可以推迟，别景象可以推迟，甚至防止。物体后甚至防止。物体后部外形是影响粘压部外形是影响粘压阻力的主要要素。阻力的主要要素。 2 2、粘压阻力与前体外形的关系、

10、粘压阻力与前体外形的关系 假设船舶的前体过于肥短，流线扩张很快，流假设船舶的前体过于肥短，流线扩张很快，流速添加快，在最大剖面处的速度很高，而压力速添加快，在最大剖面处的速度很高，而压力会降得很低，使得后体范围的正压力梯度添加会降得很低，使得后体范围的正压力梯度添加，流动急剧减速，因此粘性阻力将增大。，流动急剧减速，因此粘性阻力将增大。舭涡的产生舭涡的产生使船首底部使船首底部构成低压区构成低压区，呵斥埋首，呵斥埋首景象，还会景象，还会添加阻力。添加阻力。采用球鼻首是降低剩余阻力的主要方法之一采用球鼻首是降低剩余阻力的主要方法之一3 3、界层内流动形状对粘压阻力的影响、界层内流动形状对粘压阻力的

11、影响层流比紊流更容易分别，分别点比较接近前端层流比紊流更容易分别，分别点比较接近前端，分别区较大，因此粘性阻力比紊流情况为大，分别区较大，因此粘性阻力比紊流情况为大三、降低粘压阻力的船型要求三、降低粘压阻力的船型要求1 1、应留意船的后体外形、应留意船的后体外形。2 2、应防止船体曲率变化过大。、应防止船体曲率变化过大。3 3、前体线型应予适当留意。、前体线型应予适当留意。四、船体粘压阻力的处置方法四、船体粘压阻力的处置方法1 1、傅汝德换算法：将粘压阻力并入兴波阻力统、傅汝德换算法：将粘压阻力并入兴波阻力统称为剩余阻力。称为剩余阻力。2 2、上世纪、上世纪5050年代提出的换算法：将粘压阻力

12、以年代提出的换算法：将粘压阻力以外形因子的方式并入摩擦阻力统称为粘性阻力。外形因子的方式并入摩擦阻力统称为粘性阻力。2-6 2-6 船舶粘性阻力实际计算概述船舶粘性阻力实际计算概述一、边境层实际计算概述一、边境层实际计算概述 1 1、积分法：以边境层的、积分法：以边境层的 动量积分方程为根底，动量积分方程为根底，但遇到的困难是无法求出边境层内的速度分布，但遇到的困难是无法求出边境层内的速度分布，往往在计算之前先假定某种速度分布方式。往往在计算之前先假定某种速度分布方式。 2 2、微分法：直接求解边境层的偏微分方程，但、微分法：直接求解边境层的偏微分方程，但在求解时须引进所谓湍流方式来定量描画雷诺应在求解时须引进所谓湍流方式来定量描画雷诺应力项。力项。 二、二、N-SN-S方程实际计算概述方程实际计算概述 1 1、由于、由于RANSRANS方法本身并不封锁，须引进所谓湍方法本身并不封锁，须引进所谓湍流方式来定量描画雷诺应力