船舶阻力与推进

船舶阻力与推进 第二章

主要复习粘性阻力理论，要求大家掌握一个基本概念和减小粘性阻力的方法，包括减小摩擦阻力和减小粘压阻力。基本概念比如说什么是边界层？大家要知道理想流体中它的运动粘压系数是0对吧，那么它的雷诺数就是无穷大，所以呢它的边界层支撑厚度也是0。在这样一些极端的情况下要知道。雷诺数的定义，公式一定要掌握住，考试是不会给大家的，还有牛顿内摩擦定律。船体边界层与平板边界层的区别。第一个呢船体边界层外缘的流速不同，船体有一个曲面，所以呢它和平板的差别就在于各点的速度不同，速度不同压力就不同。船中的压力较低，船尾的较高，所以呢它有一个纵向的压力梯度。正因为有了压力梯度产生了摩擦倾力，还有界层内的纵向压力分布不同。然后要求大家掌握几个平板摩擦阻力公式，一共4个。第一个桑海公式，第二个柏兰特-许立汀公式，第三个休斯公式，第四个1957 ITTC公式。这四个公式有什么特点呢，基本形式是一样的，分母都包含一个雷诺数，所以在计算时首先要计算雷诺数，那么雷诺数怎么计算呢？一个是速度，一个是特征尺寸，还有一个是运动粘压系数。还要求大家掌握相当平板假定，实体船或模型船的摩擦阻力等于其同长度、同速度、同矢表面积的光滑平板摩擦阻力，叫做相当平板假定。接着我们讲船体表面曲度对摩擦阻力的影响。分别有横向曲度和纵向曲度，船体首部和尾部曲度，它们是如何影响摩擦阻力的。接着是船体表面粗糙度对摩擦阻力影响，这是要求掌握的。粗糙度补贴系数，国内的是多少？中国的粗糙度补贴系数是....有了这个系数后，摩擦阻力的计算公式就变成了....下面还要掌握一个概念，什么是污底？船体长时间浸泡在水中，除钢板被腐蚀外，水中的生物附着在船体表面生长，使船体表面凹凸不平，大大增加了其表面粗糙度，阻力增大，这种现象称为污底。那么如何有效的降低污底的影响呢，措施如下：一是涂两遍防锈漆，二是海船在淡水中停泊数日后出海。那么如何减小摩擦阻力呢，当时讲了八种，考试时至少写出六种。一是减小湿表面积，二是降低粗糙度，三是喷洒降阻剂，四是控制船体尾部边界层，五是采用船底充气延阻理论和实验，六是利用仿生学原理，七是顺着来流方向的微小沟槽中充气，有效降低壁面的摩擦阻力，八是將船体太高水面。其实要计算摩擦阻力关键是要计算湿表面积，书上介绍了三种。一种是按照船体的围长，精确积分，然后再验证船长积分，求湿表面积。这种方法需要给定现形，手工计算很麻烦。第二种是基于经验公式，考试是会给大家。这个公式给出两类，一个是荷兰的瓦根宁公式，这个公式要求大家记住适用范围，是内河船还是海船。瓦根宁公式只说是民用，所以呢内河船和海船都可以，只要不是军用船就可以。因为船的大的分类可以分为军用船和民用船，民用船往下分是内河船和海船，再往下分是工程船和游艇。所以这个公式适用范围非常广泛。第二个是我国长江船型的湿表面积，明确告诉你是长江船型，别的地方船就不可以了。还有一个交通部船舶运输科学研究所推出的江船系列船型，这也是我国的。这三个公式的适用范围要掌握。第三重是根据3D图谱求湿表面积。要知道两个数据，一是长宽吃水比，二是综衡方面系数。根据这两个系数，画横纵坐标，交点就是湿表面积。粘压阻力产生机理，从达朗贝尔博伦开始，为什么理想流体中物体不受力，接着从边界层理论分析了粘压阻力机理，要求大家掌握粘压阻力的特性，它与船体的后体形状有关，特别要注意去流段长度，后体形状收缩要缓和，界层内的边界层流动和船的前体形状都对粘压阻力有影响。降低粘压阻力的措施，一是后体收缩要缓和，二是避免船体曲率过大，三是前体形状要注意。 第三章

兴波阻力，在第一章流体力学中学过Bernoulli理论，要求掌握船行波的形成，伯努利方程，压力和速度如何变化，船行波是动力波。那么船行波的图形，船行驶过后的凯尔文波形，凯尔文角19度28分。这个波系由横波和散波组成，首横波首散波，尾横波尾散波。横波和散波不会互相干扰。船行波的主要特性书上给出五六点，自己看书。首尾横波会干扰，那什么

是兴波干扰？船首波系和船尾波系中的横波在船尾处相遇而叠加，这种现象称为兴波干扰。有利干扰是波峰与波谷叠加，不利干扰是波峰与波峰、波谷与波谷叠加 。那什么是兴波长度？船首横波的第一个波峰与船尾横波的第一个波峰之间的距离称为兴波长度。公式....根据q和n的取值不同有三种情况。当q=0,q=0.5,q=任意值时，出现三种不同的兴波干扰。兴波阻力特征，书上定性给出一个计算兴波阻力的公式，不要求掌握，但要理解意义。兴波阻力随着船速增加而增加，与v的6次成正比，兴波阻力系数与v的4次成正比。兴波阻力系数曲线的特点，肥大船型和一般的高速船型是不同的。肥大船型的兴波阻力随着速度的增大而增大，而且增大非常明显，曲线上还会出现凹凸不平的峰点和谷点。产生原理是兴波阻力中有cos项，它的取值范围从-1到1之间跳跃。高速船的兴波阻力也是随着速度增大而增大，但当速度增大到一定程度时，随着速度增大而减小。是因为高速船型随着速度达到一定时不是排水型船舶，船抬出了水面，阻力降低，所以曲线会出现降低的趋势。兴波阻力的预测，圈p理论，波主峰点和波主谷点。减小兴波阻力的方法：一是减小常规船型，选择合理的船型参数；设计良好的首尾形状；造成有利的兴波干扰；高速排水船安装消波水翼。特别注意下球鼻艏减小阻力，原因是船航行时，球鼻艏将产生波浪，球鼻的大小和位置选择适当，球鼻的波峰波谷与船首的波峰刚好处于同一位置，此合成波的波高比船首波波高明显减小。二是减小新船型，新船型减小机理，双体船和多体船；使船体抬高水面，水翼艇、滑行艇；船体下潜的设计概念；复合设计概念。 第四章 附加阻力，一是附体阻力，那么附体设计时如何减小阻力：附体流线型安装；减小湿表面积；设置成对称坡面。二是空气阻力，上层建筑要建成阶级式的，减小受风面积。三是波浪增阻，掌握几个概念，失速、试航速度、服务速度。考虑了附加阻力后，在计算阻力时，加上了附加阻力系数。 第五章

船舶阻力实验，实验场所在船舶试验水池，分为拖车式和重力式的。要求掌握阻力实验条件，基于第一章船舶阻力相似理论，一个是fz相似，一个是雷诺相似，还有一个是全相似。在全相似的条件下不能进行实验，在满足fz数相等，雷诺数大与临界雷诺数是才可以。这样更接近实际，因为大部分船要在稳流状态下实验，但我们在淡水中实验如何做到呢，下节课讲。

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