流体力学与造船

1、与,造船,流体力学,船，人类最早的运输工具之一。它连接了七大洲，把文明传向世界。在科学知识的海洋里，我们乘坐探索之船，向那片未知的水域驶近。,第一部分,流体静力学与船舶的浮性,浮体的平衡,船舶正常的行驶情况是漂浮于水面，在此情况下船身要受到向上的浮力和向下的重力。,船身保持平衡的条件,由物体的平衡条件受到的力大小相等且方向相反我们可以得到船身（浮体）的平衡条件： （1）重力与浮力大小相等且方向相反； （2）重力与浮力的作用点在同一条铅垂线上。,浮体的稳定（1）,由于船舶的载重一般在水平面上，所以船舶的重心一般位于浮心以上。如果重心与浮心重合，船舶在受到外力作用的时候就会偏转一个角度，使浮心离开

2、重心而产生一个能使船舶恢复到原来位置的力矩（复原力矩）。,浮体的稳定（2）,有时候，在船舶所受到的外力消除之后，却产生了一个使其继续转动的力矩，结果将使物体翻倒，不再恢复原位。这种情况一般发生在船舶的重心与浮心重合的情况下。所以，为了安全，船舶的重心应尽量保持在浮心之上。,对船的稳性的讨论分为小倾角稳性（10至15度）和大倾角稳性（15度以上）两种情况。前者主要由横稳性高GM决定。对后者来说，若装载状态一定，则复原力臂仅随倾角变化，这种情况下的曲线被称为静稳性曲线。小倾角稳性如图e所示，静稳曲线如图f。,船舶稳性的讨论,航行中的意外情况,船舶在航行时不可能一帆风顺，经常会有意外情况发生。因此，

3、在设计船的时侯，就要考虑船在破损时保持平稳、安全状态的能力。船舱进水时，船重增加了，船身就要下沉，吃水增加。当增加吃水所获得的浮力等于淹进水的重量时，船就不再下沉，达到平衡状态。此时的船舶不但吃水增加了，而且可能产生倾斜。,水密舱壁,针对船舶航行时可能出现的意外情况，专家们设计了水密舱壁（图g）。在船破损时它可将水限制在一定范围内而不至于蔓延到全船。,干弦,另外一种抗沉设施叫做干弦（图h）。它可以保证在船吃水增加时，不至于使水满过水密甲板。,第二部分,流体动力学与船舶阻力,船舶在水面航行时，船体在水和空气两种流体介质中运动，受到水和空气对船体的反作用，这种与船舶运动方向相反的流体作用力称为船舶

4、阻力。总阻力分为水阻力和空气阻力，水阻力又分为静水阻力和汹涛阻力，静水阻力又分为裸体阻力和附体阻力。船舶航行时所受的总阻力主要是由兴波阻力，摩擦阻力和粘压阻力三者组成的。,船舶阻力的分类,摩擦阻力、船舶在静水中航行时，由于粘性作用，带动一部分水一起运动，在此过程中船体将不断供给这部分水质点以能量，因此产生摩擦阻力。其成因如图j。,船舶阻力的成因,船航行时周围水面产生波浪，它改变了船体湿表面的压力分布情况，形成首尾流体动压力差，这种阻力称为兴波阻力。如图k和图l。,兴波阻力及成因,在船体曲度改变处常会产生漩涡，漩涡处的水压下降，因而改变了沿船体湿表面的压力分布情况。这种由船体前后压力部队称而产生

5、的阻力称为粘压阻力，如图。尖瘦型物体的粘压阻力比短肥型的要小，因此造船时常要考虑船型因素。,粘压阻力及成因,第三部分,流体力学与船舶设计,船体的变形趋势,事实上，在船的航行过程中，各部分受力并不平衡，下图表示了航行时船体的变形趋势。,航行中的船形变化,船弦侧的设计,船的弦侧指船舶主体两舷的侧壁结构。它承受着各种挤压力的作用，为了克服这些力的作用，弦侧的上端与甲板、下端与船底应牢固地连接形成一个坚固的构架，以便相互支持，相互传递作用力，保证船的强度和刚性。,舱壁的设计,舱壁是将船内空间分隔成舱室的竖壁，是保证船体强度和刚性的重要结构。船舶根据需要设计若干水密舱壁，油舱和水舱用纵舱壁分离，这样就能起到限制液体摇荡的作用，减小自由液面对船舶稳定性的影响。,船是一种古老又神奇的工具，我们通过研究学习掌握了关于流体力学与船舶设计的一些简单知识，我们的积累还远远不够，在以后的日子里，我们会继续将这个话题继续下去