船舶阻力1(修改稿).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,*,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,1.1船舶快速性及研究方法,浮性、稳性、抗沉性、,快速性,、耐波性、操纵性,一、船舶快速性,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,科学,。,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,性能,。,船舶快速性研究所包含的两部分,内容,：,（1）,船舶阻力,：研究船体在运动过程中所受到的各种阻力问题。,（2）,船舶推进,：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。,船舶阻力,第一章绪论,船舶快速性及研究方法,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,1.1船舶快速性及研究方法,二、船舶阻力课程,内容,和,任务,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,规律,3、减阻,方法,4、,优良,船型,5、阻力,估算,三、,研究方法,1、,理论,方法,理论分析,CFD：STARCD、FLOW-3D、CFX、FLUENT,2、,试验,方法,船模试验和实船试验,船舶阻力,第一章绪论,船舶快速性及研究方法,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,1.2船舶阻力的分类及阻力曲线,一、概述,裸船体,阻力,船体,阻力,静水,阻力,水,阻力,附体,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,1、船体阻力的,成因,波浪,兴波阻力,R,w,现象,边界层,（粘性）,摩擦阻力,R,f,旋涡,（曲度骤变处）,粘压阻力,（旋涡阻力）,R,pv,船舶阻力,第一章绪论,船舶阻力的分类及阻力曲线,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,兴波阻力,：由,兴波,引起的压力分布改变所产生的阻力。,摩擦阻力,：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。,粘压阻力,：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,第一章绪论,船舶阻力的分类及阻力曲线,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,2、船体阻力,分类,按,成因,分：,R,t,=R,w,+R,f,+R,pv,按流体作用力,方向,分：,压力,（兴波、旋涡）,切向力,（摩擦）,R,t,=R,f,+R,p,按流体,性质,分：,R,t,=R,w,+R,v,其中：,R,v,=R,f,+R,pv,1.2船舶阻力的分类及阻力曲线,船舶阻力,第一章绪论,船舶阻力的分类及阻力曲线,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,3、,阻力关系,：,摩擦,阻力,R,f,船体,阻力,粘压,阻力,R,pv,粘性,阻力,R,v,压,阻力,R,p,兴波,阻力,R,w,4、,各部分所占船体阻力,比重,1.2船舶阻力的分类及阻力曲线,船舶阻力,第一章绪论,船舶阻力的分类及阻力曲线,低速,船,高速,船,摩擦阻力,70,80,40,50,粘压阻力,10,5,兴波阻力,10,20,50,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,三、,阻力,曲线和,有效功率,曲线,1、影响阻力,主要因素,航速,船型,外界条件,2、,阻力,曲线,R,t,=f,1,(Vs),3、,有效功率,P,e,曲线,P,e,=,R,t,*V,s,注,：有效功率,Pe,曲线较之阻力,Rt,曲线为,Vs,的高一次函数曲线,1.2船舶阻力的分类及阻力曲线,船舶阻力,第一章绪论,船舶阻力的分类及阻力曲线,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,四、,速度参数,的表达,速度,V,：m/s km/h （n mile/h）（1 n mile=1.852km）,1 kn=1.852 km/h=0.5144 m/s,无量纲参数,傅汝德数,Fr=,s,/(gL),0.5,速长比,Vs/(L),0.5,（Vs-kn；L-ft）,Fr,=0.2977,Vs/(L),0.5,雷诺数,Re=,s,L/,运动粘性系数（米,2,/秒）,1.2船舶阻力的分类及阻力曲线,船舶阻力,第一章绪论,船舶阻力的分类及阻力曲线,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,一、,粘性阻力,相似定律,雷诺定律,R,=,（，L，v，）,取,，L，v,为基本量,定律：1、2,R,=,v,2,L,2,=v L,1=,R,/v,2,L,2,（,R,/0.5v,2,S=C,粘性阻力系数）,2=,/v L=1/Re,根据定律 1=(2),C,=,R,/0.5v,2,s=,(,1/Re,)=,f(Re),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；,Cf=,Rf,/0.5v2s,=,f(Re),（,深水、平板、顺平面运动）,2.平板摩擦阻力系数,Cf,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。,1.,3,阻力相似定律,船舶阻力,第一章绪论,阻力相似定律,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,二、,兴波阻力,相似定律,傅汝德定律,R,w,=,（，L，v，g）,取,，L，v,为基本量,定律：1、2,R,w,=,v,2,L,2,T=L v,-1,g=v T,-1,=L,-1,v,2,1=,R,w/v,2,L,2,R,w/0.5v,2,S=Cw,兴波,阻力系数,2=,g/v,2,L,-1,=g L/v,2,=1/Fr,2,Fr=v/(,g L,),0.5,(,傅汝德数,),根据定律 1=(2),C,w,=,R,w,/0.5v,2,s=,(,1/,Fr,2,)=,f(,Fr,),1.,傅汝德定律,：对于给定船形的兴波阻力系数仅是与,傅汝德,数,Fr,有关，当两船傅汝德数相等时，兴波阻力系数,Cw,必相等,1.,3,阻力相似定律,船舶阻力,第一章绪论,阻力相似定律,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,2、,傅汝德比较定律：,形似船在相应速度时（或相同,Fr,时）单位排水量兴波阻力必相等。,R,ws,/,s,=,R,wm,/,m,证明,：,相应速度,Fr,m,=Fr,s,v,m,/(,g L,m,),0.5,=,v,S,/(,g L,S,),0.5,v,m,=,v,S,/(,L,S,/,L,m,),0.5,=,v,S,/(,),0.5,由傅汝德定律,C,wm,=,C,ws,R,wm,/0.5,m,v,m,2,S,m,=,R,ws,/0.5,s,v,s,2,S,s,R,ws,=,R,wm,s,v,s,2,S,s,/,m,v,m,2,S,m,因为：,形似船,S,s,/,S,m,=,2,相应速度,v,S,2,/,v,m,2,=,R,ws,=,R,wm,s,v,s,2,S,s,/,m,v,m,2,S,m,=,R,wm,(,s,/,m,),3,=,R,wm,(,s,/,m,)(,s,/,m,)=,R,wm,(,s,/,m,),1.,3,阻力相似定律,船舶阻力,第一章绪论,阻力相似定律,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,三,、,船体,总阻力,相似定律,全相似定律,R,t,=,（，L，v，g）,取,，L，v,为基本量,定律：1、2 、3,R,t,=,v,2,L,2,T=L v,-1,=v L g=v T,-1,=L,-1,v,2,1=,R,t/v,2,L,2,R,t/0.5v,2,S=Ct,总阻力系数,2=,/v L=1/Re,3=,g/v,2,L,-1,=,1/Fr,2,根据定律 1=(2，3),C,t,=,R,t,/0.5v,2,s=,(,1/Re,1/,Fr,2,)=,f(Re,Fr,),水面船总阻力系数是雷诺数和傅汝德数的函数，若能使实船与船模的,Re,和,Fr,同时相等全相似,(,形似船,),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,1.,3,阻力相似定律,船舶阻力,第一章绪论,阻力相似定律,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,一、实现,全相似的条件,Fr,m,=,Fr,s,v,m,/(,gL,m,),0.5,=,v,s,/(,gL,s,),0.5,Re,m,=Re,s,v,m,L,m,/,m,=,v,s,L,s,/,s,v,m,2,=,v,s,2,(,L,m,/,L,s,),v,m,2,=,v,s,2,(,L,s,/,L,m,),2,(,m,/,s,),2,Fr,和,Re,同时相等，则必有：,m,=,s,(,L,m,/L,s,),3/2,（1）,若假定缩尺比,=,L,s,/,L,m,=36,则,m,=,s,/216,不可能,船模通常在水池中试验，一般 可认为,m,=,s,要满足公式（1），则必须,L,m,=L,s,意味着需用实船大小的模型进行试验,不切实际,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能实现,1.,4,傅汝德假定,船舶阻力,第一章绪论,傅汝德假定,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,二、,傅汝德假定,1、总阻力可分为独立的二部分，一为,Rf,仅与,Re,有关；另一为,Rpv,与,Rw,合并后的剩余阻力,Rr,，,仅与,Fr,有关，且适用比较定律。,Rt,=,Rf+Rr Rr,=,Rpv+Rw,Rt=f(Re，Fr)=f,1,(Re)+f,2,(Fr),Rf=f,1,(Re)，Rr,=,f,2,(Fr),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。,相当平板假定,1.,4,傅汝德假定,船舶阻力,第一章绪论,傅汝德假定,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,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,：,Rts,=,Rfs+Rrs,比较定律,R,rs=,R,rm（s/m）,Rts,=,Rfs+Rrs=Rfs+R,rm（s/m）,船模,剩余阻力,Rrm=Rtm-Rfm,s/m=（s/m）,3,Rts=,Rfs+（Rtm-Rfm）（,s/m）,3,傅汝德换算关系,无量纲表示,Cts,=,Cfs+Crs,（,C=R/0.5,V,2,S）,Crs,=,Crm Crm,=,Ctm-Cfm,Cts,=,Cfs+Crm,=,Cfs+Ctm-Cfm,1.,4,傅汝德假定,船舶阻力,第一章绪论,傅汝德假定,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,问题,：,割裂了,Rf,和,Rr,间的相互影响,理论上不合理,Rw,和,Rpv,阻力性质不一样,船体是三维的,1.,4,傅汝德假定,船舶阻力,第一章绪论,傅汝德假定,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,本章小结：,1.阻力分类与定义,2.阻力相似定律,3.傅汝德假定,作业和思考题：,（1）船舶阻力和船体阻力的划分图；,（2）船体阻力中各阻力成分定义；,（3）船体阻力的各相似定律；,（4）傅汝德假定及其作用和存在的问题。,1.,4,傅汝德假定,船舶阻力,第一章绪论,傅汝德假定,江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞,