2023学年完整公开课版粘压阻力

项目七船舶阻力三、粘压阻力

一、粘压阻力的概念

当在船体曲度骤变处，特别是较丰满船的尾部由于水具有粘性常会产生旋涡，旋涡处的水压力下降，从而改变了沿船体表面的压力分布情况，使首压力大于尾压力。这种由粘性引起船体前后压力不平衡而产生的阻力称为粘压阻力，用Rpv表示。一、粘压阻力的成因从能量观点来看，在船尾部形成旋涡要消耗能量，而—部分旋涡被冲向船的后方，同时船尾处又继续不断的产生旋涡，这样船体就要不断地供给能量，这部分能量的损耗就是以粘压阻力的形式表现的。粘压阻力习惯上也叫旋涡阻力或形状阻力。应该指出的是：

对于流线型物体，甚至是某些优良船型，虽然并不发生界层分离现象，但仍然存在粘压阻力。

这是因为边界层的形成使尾部流线被排挤外移，尾部也会有压力降而产生首尾压差，形成粘压阻力，不过与界层分离而引起的粘压阻力相比，此时的粘压阻力要小得多。影响粘压阻力的最重要因素是物体形状，特别是船体的后体形状，因此粘压阻力有时也称为形状阻力。此外，界层内的流动状态对粘压阻力亦有重要影响。

1、粘压阻力与后体形状的关系粘压阻力产生的原因是由于粘性作用和物体后部的纵向压力梯度。

如果后体收缩较缓和，则沿曲面的流速变化较缓慢，因而纵向正压力梯度较小，分离现象可以推迟，甚至避免，因而粘压阻力可以减小。反之，物体后体收缩急剧，将会出现严重的分离现象，粘压阻力增大。—般结论是：物体后部形状是影响粘压阻力的主要因素。二、粘压阻力的特征根据大量的试验结果，在设计线型时必须注意下列两条经验：

1）后体长度Lr，又称去流段长度，应满足

2）后体收缩要缓和。

具体要求是：对不同航速范围的船舶，其船尾水线与中线之间的夹角应随航速增大而减小。2、前体形状对粘压阻力的影响

必须指出，粘压阻力虽然主要由船的后体形状决定，但其前体形状对粘压阻力并非毫无关系。

如果船的前体过于肥短，流线扩张很大，流速增加快，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增加，流动急剧减速，因此粘压阻力将增大。

近年来的试验研究指出：对于丰满船特别是肥大船型常在船首舭部产生外旋的舭涡，在船尾舭部产生内旋的舭涡（舭涡的旋转方向按照由船后向前看顺时针为外旋，逆时针为内旋）。

船首舭涡是整个船体粘压阻力的一部分。肥大船型的船首形状对船首舭涡影响很大，因此首部形状与粘压阻力的关系同样需要注意。

舭部很易产生界层分离而形成舭涡。舭涡的产生使船首底部形成低压区，不但使粘压阻力增加，而且造成了船体航行过程中的埋首现象，又会增加阻力。

采用船首底升高的球鼻型首，首部舭侧水流明显趋于沿水平方向流动，因此阻力性能有明显改善。

采用球鼻首后，无论在满载状态还是轻载状态，其剩余阻力系数均有明显减小。由于丰满船型的速度较低，兴波阻力较小，粘压阻力在剩余阻力中占较大比重。因而可以认为上述剩余阻力降低的主要原因是由于减小或消除了船首底部的旋涡运动所致。A：普通船首B：球鼻型首

据试验结果介绍：采用球鼻型首的船模的埋首和平行下沉较普通船首的船模有明显减小。3、界层内流动状态对粘压阻力的影响

粘压阻力的大小与界层内的流动状态关系甚密，这是因为粘压阻力与分离区域的大小有关。

如果界层内为层流流动，则法向流速分布图比较瘦削，流体动能不如紊流情况大，因此，层流界层比紊流界层容易分离，分离点比较靠近前端，分离区较大，因而粘压阻力较紊流情况为大。在流态不变情况下，粘压阻力系数Cvp基本上与雷诺数Re无关，主要取决于物体形状。特别Re超过临界雷诺数后，粘压阻力系数Cvp几乎是常数，即粘压阻力近似与速度的平方成比例。这意味着，在超临界雷诺数范围内，实船和模型尽管雷诺数不同，但粘压阻力系数却相等。由上知，船体粘压阻力与船型有密切关系。在船舶设计时应该注意船型参数的选取，具体要求是：

1、应注意船的后体形状去流段长度满足,对于低速肥大船型可允许满足。同时，后体收缩要缓和。

2、应避免船体曲率变化过大

在横剖面面积曲线上前肩切勿过于隆起，后肩切勿过于内凹，否则两肩部容易产生旋涡，以致增大粘压阻力。三、降低粘压阻力的船型要求

3、前体线型亦应予以适当注意特别对低速肥大型船，其舭涡阻力是粘压阻力的重要组成部分，采用球鼻型船首有可能减小这一部分阻力。根据统计资料，粘压阻力系数随方形系数Cb而增大，特别是对于Cb＞0.80的肥大船型，船模试验表明：分离现象几乎是不可避免的，而分离区的大小与后体棱形系数关系甚密，为此对尾部线型需要特别注意。目前有两种处理粘压阻力的方法：

1、19世纪60年代傅汝德提出，将粘压阻力归并入兴波阻力而统称为