船舶阻力第一章

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。
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。
§1.1 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 2 、试验方法 船模试验和实船试验 3 、数值仿真 CFD STARCD、FLOW-3D、CFX、FLUENT
《船舶阻力与推进》
-------船舶阻力部分
第一章 绪论 §1.1 船舶快速性及研究方法
船舶性能： {浮性、稳性、抗沉性、快速性、耐波性、操纵性} 一、船舶快速性 1、定义： 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。 2、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。
2 g / v2 L1 gL / v2 1/ Fr 2 Fr v / gL
兴波阻力系数 傅汝德数
根据定律
Cw Rw / 0.5 v 2 S 1/ Fr 2 f Fr
1 2
§1.3 阻力相似定律
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 有 关，当两船傅汝德数相等时，兴波阻力系数 必相等。
Cwm Cws Rwm / 0.5 m vm 2 S m Rws / 0.5 s vs 2 S s Rws Rwm s vs 2 S s / m vm 2 S m
2 2 因为： 形似船 vs / vm 相应速度 Ss / Sm 2
Rws Rwm s vs 2 Ss / mvm2 Sm Rwm s / m 3
§1.4 傅汝德假定
* 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。 二、傅汝德假定 1、总阻力可分为独立的二部分，一为 R f 仅与 Re 有关； R pv Rw 另一为 与 合并后的剩余阻力 Rr ，仅与 Fr 有关，且适 用比较定律。
Rt f Re , Fr f1 ( Re ) f 2 ( Fr ) R f f1 Re , Rr f 2 ( Fr )
有效功率 P e 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
四、速度参数的表达
V : m / s km / h (nmile / h) (1nmile 1.852km) 1kn 1.852km / h 0.5144m / s
无量纲参数 傅汝德数 速长比
3、阻力关系： 摩擦阻力 R 船体阻力 粘压阻力 R pv 压阻力
f
粘性阻力 R v
Hale Waihona Puke Rp兴波阻力 Rw
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
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
Rt f1 (Vs )
3、有效功率 P e
P e Rt Vs
v L 2 / vL 1/ Re 根据定律 1 2
1 Rv / v2 L2 R / 0.5v2 S C 粘性阻力系数 v v
Cv Rv / 0.5v2 S 1/ Re f Re
§1.3 阻力相似定律
二、兴波阻力相似定律——傅汝德定律 Rw ( , L, v, g ) 取 , L, v 为基本量 定律： 1、 2
2 2 v L Rv
1 Rw / v2 L2 Rw / 0.5v2S Cw
1 v T L 1 1 2 T L v g v
雷诺定律
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；
C f Rf / 0.5v2 S f Re
（深水、平板、顺平面运动）
2.平板摩擦阻力系数 C f 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
总阻力系数
§1.3 阻力相似定律
根据定律 1 2、 3
Ct Rt / 0.5 v 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， 诺能使实船与船模的 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
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。——平板假定
§1.4 傅汝德假定
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 R fs Rrs 比较定律 Rrs Rrm s / m 船模剩余阻力 Rrm Rtm Rfm
§1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线
一、阻力划分 裸船体阻力 水阻力 船舶阻力 船体阻力
静水 静水阻力
附体阻力 附加阻力
汹涛阻力 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 现象 边界层（粘性） 旋涡（曲度骤变处）
（旋涡阻力）
兴波阻力 Rw 摩擦阻力 R f 粘压阻力 R pv
§1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线
Rts Rfs Rrm s / m
Rts R fs Rrm Rtm R fm ( s / m ) 3
——傅汝德换算关系
s / m (s / m ) 3
§1.4 傅汝德假定
无量纲表示
Cts C fs Crs Crs Crm Crm Ctm C fm
Fr
Vs L
Vs gL
(Vs kn; L ft )
Fr 0.2977Vs / L Vs L 雷诺数 Re —运动粘性系数（米2 / 秒）
§1.3 阻力相似定律
一、粘性阻力相似定律——雷诺定律 Rv ( , L, v, ) 取 , L, v 为基本量 定律：1、 2 2 2 v L Rv
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 Rws / s Rwm / m 兴波阻力必相等。 因为： 相应速度 Frm Frs v / m
gLm vs /
gLs
vm vs /
Ls / Lm vs /
§1.3 阻力相似定律
由傅汝德定律
Rws / s Rwm / m
Rwm s / m s / m Rwm s / m
§1.3 阻力相似定律
三、船体总阻力相似定律——全相似定律

Rt ( , L, v, , g ) 取 , L, v 为基本量 1、 2、 3 定律：
2 2 v L Rt 1 v T L v L 1 1 2 T L v g v 1 Rt / v2 L2 Rt / 0.5v2 S Ct 2 / vL 1/ Re 3 g / vL1 1/ Fr 2
2 C R / 0.5 v S
Cts C fs Crm C fs Ctm C fm
§1.4 傅汝德假定
问题： • 割裂了R f 和 Rr间的相互影响 • 理论上不合理 Rw和 R pv 阻力性质不一样 • 船体是三维的
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
§1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线
2、船体阻力分类
按成因分： 按流体作用力方向分： 压力（兴波、旋涡） 切向力（摩擦） 合力：Rt R f Rp 按流体性质分：
Rt Rw Rf Rpv
Rt Rw Rv
其中： Rv Rf Rpv
§1.2 船舶阻力的分类及阻力曲线
§1.4 傅汝德假定
一、实现全相似的条件
Frm Frs vm / gLm vs / gLs vm2 vs 2 Lm / Ls Rem Res vm Lm / vm vs Ls / vs
vm2 vs 2 (Ls / Lm )(vm / vs )2
3
Fr 和 Re同时相等，则必有： vm vs Lm / Ls 2 （1） 若假定缩尺比 Ls / Lm 36 则 vm vs / 216 ——不可能 船模通常在水池中试验， 一般 可认为 vm vs 要满足公式（1）， 则必须 Lm Ls 意味着需用实船大小的模型进行试验 ——不切实际