船舶阻力1(修改稿)

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船舶阻力 粘性阻力

船舶阻力 粘性阻力
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§2-6 船舶粘性阻力理论计算概述
一、边界层理论计算概述
1、积分法:以边界层的 动量积分方程为基础, 但遇到的困难是无法求出边界层内的速度分布, 往往在计算之前先假定某种速度分布形式。
2、微分法:直接求解边界层的偏微分方程,但 在求解时须引进所谓湍流模式来定量描述雷诺应 力项。
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二、N-S方程理论计算概述
一、减小船体湿表面积 由于摩擦力的大小正比于船体湿表面积,因此 船型参数、特别是主尺度的确定要适当。 二、减小船体表面粗糙度 三、控制边界层 四、采用聚合物溶液降阻剂及仿生学研究
14
§2-4 船体摩擦阻力的计算步骤
一、计算公式
二、具体计算步骤 1、计算湿表面积
15
1)有线型图时
2)无线型图时,利用近似公式计算
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(1)荷兰瓦根宁船池经验公式 (2)我国长江船型的近似公式计算 (3)交通部船舶运输科学研究所的江船公式
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(4)利用桑地图谱
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2、计算雷诺数
3、根据光滑平板摩擦阻力公式算出或由相应 的表中查得摩擦阻力系数。 4、决定粗糙度补贴系数的值。目前我国一般 取:
5、计算出船舶的摩擦阻力:
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§2-5 粘压阻力的成因与特性
2
二、摩擦阻力的成因与主要特性 1、摩擦阻力系数 由牛顿内摩擦定理有:
则整个平板的摩擦阻力为:
3
若平板如上图所示,则平板摩擦阻力系数为:
4
2、摩擦阻力的主要特性
1)在相同来流条件下,紊流边界层内速度梯度
较大,摩擦切应力较层流情况大,摩擦阻力系
数也较大。
5
2)雷诺数对摩擦阻力的影响
当来流速度不变,由x增大引起雷诺数增大时, 界层厚度增加,边界层内速度分布的丰满度减 小。摩擦切应力和局部摩擦阻力系数均随雷诺 数增大而减小。

船舶阻力阻力

船舶阻力阻力

快速性 船舶运动所消耗的功率inf 总阻力分类inf 基本阻力的分类inf
W T
vs
R X
船舶在给定主机功率条件下等速直航的速度性能。
Y
二、船舶运动所消耗的功率
功率传递inf、传送效率inf
PE R v s
W T
vs
R X PE P E
推进系数Cp
主轴
PE R v s CP PM PM
速度;粘性;
涡流阻力成因
1. 理想流体
Re 理 0
W
vs
R
T
2. 粘性流体
1 Re C e Sv 2 2
vs
尾部形状对涡流阻力的影响
流线体 圆球
圆柱
圆盘
三、兴波阻力
1.
兴波阻力成因inf
理想流体 粘性流体
1 Rw C w Sv 2 2
2. 3. 4. 5.
船行波inf 与速度之间关系 占总阻力百分比 影响因素
R f cos( ; x )ds
S
Rr p cos( p; x )ds
S
vA
W T
vs
R
v

p
基本阻力分类
摩擦阻力 R f 粘 性 阻 力
R
基本阻力R0
压差阻力
涡流阻力 Re
(粘性压差阻力)
Rr
vA v
兴波阻力 Rw

p
§8.2 基本阻力的机理
一、摩擦阻力inf 二、涡流阻力inf 三、兴波阻力inf
一、摩擦阻力
1.
du dn
1 R f 0 C f 0 Sv 2 2
摩擦阻力计算 inf

船舶阻力要点

船舶阻力要点

第一章总论1.船舶快速性,船舶快速性问题的分解。

船舶快速性:对一定的船舶在给定主机功率时,能达到的航速较高者快速性好;或者,对一定的船舶要求达到一定航速时,所需主机功率小者快速性好。

船舶快速性简化成两部分:“船舶阻力”部分:研究船舶在等速直线航行过程中船体受到的各种阻力问题。

“船舶推进”部分:研究克服船体阻力的推进器及其与船体间的相互作用以及船、机、桨(推进器)的匹配问题。

2.船舶阻力,船舶阻力研究的主要内容、主要方法。

船舶阻力:船舶在航行过程中会受到流体(水和空气)阻止它前进的力,这种与船体运动相反的作用力称为船的阻力。

船舶阻力研究的主要内容:1.船舶以一定速度在水中直线航行时所遭受的各种阻力的成因及其性质;2.阻力随航速、船型和外界条件的变化规律;3.研究减小阻力的方法,寻求设计低阻力的优良船型;4.如何较准确地估算船舶阻力,为设计推进器(螺旋桨)决定主机功率提供依据。

研究船舶阻力的方法:1.理论研究方法:应用流体力学的理论,通过对问题的观察、调查、思索和分析,抓住问题的核心和关键,确定拟采取的措施。

2.试验方法:包括船模试验和实船实验,船模试验是根据对问题本质的理性认识,按照相似理论在试验池中进行试验,以获得问题定性和定量的解决。

3.数值模拟:根据数学模型,采用数值方法预报船舶航行性能,优化船型和推进器的设计。

3.水面舰船阻力的组成,每种阻力的成因。

船舶在水面航行时的阻力由裸船体阻力和附加阻力组成,其中附加阻力包括空气阻力、汹涛阻力和附体阻力。

船体阻力的成因:船体在运动过程中兴起波浪,船首的波峰使首部压力增加,而船尾的波谷使尾部压力降低,产生了兴波阻力;由于水的粘性,在船体周围形成“边界层”,从而使船体运动过程中受到摩擦阻力;在船体曲度骤变处,特别是较丰满船的尾部常会产生漩涡,引起船体前后压力不平衡而产生粘压阻力。

4.船舶阻力分类方法。

1.按产生阻力的物理现象分类:船体总阻力由兴波阻力、摩擦阻力和粘压阻力Rpv三者组成,即Rt二Rw+Rf+Rpv.2.按作用力的方向分类:分为由兴波和旋涡引起的垂直于船体表面压力和船体表面切向水质点的摩擦阻力,即Rt=Rf+Rp.3.按流体性质分类:分为兴波阻力和粘性阻力(摩擦阻力和粘压阻力),即Rt=Rw+Rv.4.傅汝德阻力分类:分为摩擦阻力和剩余阻力(粘压阻力和兴波阻力), 即Rt二Rf+Rr.5.船舶动力相似定律,研究船舶动力相似定律的意义,粘性与重力互不相干假定。

船舶阻力与推进课程设计报告

船舶阻力与推进课程设计报告

船舶阻力与推进课程设计报告船舶与海洋工程船舶阻力与推进课程设计报告课程名称:船舶阻力与推进课程设计题目:航速:15.06kn 排水量:22311t院(系):运载工程与力学学部专业:船舶与海洋工程班级:学号:学生姓名:指导教师:目录一、通过给定排水量和航速估算有效马力和阻力 (2)1.根据海军部系数法参照母型船得到各载况下的有效功率 (2) 2.阻力的估算 (2)二、螺旋桨初步设计 (2)三、螺旋桨终结设计 (3)1.船体主要参数 (3)2.主机参数 (3)3.推进因子的决定 (4)4.可以达到最大航速的计算 (4)5.空泡校核 (5)6.强度校核 (7)7.螺距修正 (8)8.重量及惯性矩计算 (9)9.敞水性征曲线之确定 (9)10.系柱特性计算 (10)11.航行特性计算 (10)12.螺旋桨设计总结 (12)0B一、通过给定排水量和航速估算有效马力和阻力3B1.根据海军部系数法参照母型船得到各载况下的有效功率母型船设计船设计船排水量22311t ,要求航速15.06kn ;母型船排水量20800t ,15.48kn 。

从换算数据中读出设计船满载有效功率为P E =4809.12hp 。

4B2.阻力的估算船身总阻力=??==514.006.154809.127575vP R Et 46594.94 kgf1B二、螺旋桨初步设计初步设计确定最佳转速初步设计确定最佳转速的计算表将表格内结果绘制成如下页所示曲线,求得最佳转速约为147.68r/min ,最后根据主机确定的转速为148 r/min。

确定转速的计算结果2B三、螺旋桨终结设计5B1.船体主要参数船型:单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型多用途远洋货船。

根据母型船参数,通过海军部系数法换算得到设计船主要参数如下:设计水线长 LWL=180.40 m垂线间长 LPP=175.14 m 型宽 B=27.27 m型深 H=15.64 m设计吃水 T=11.13 m方形系数 CB=0.7253 排水量Δ=40725 t桨轴中心距基线 ZP=3.69 m6B2.主机参数7B3.推进因子的决定根据泰洛公式估算半流分数(ω=0.5C b -0.05)ω=0.3126由于推理减额分数尺度作用很小,取值与母型船相同t =0.21 取相对旋转效率ηR =1.0 船身效率ηH =(1-t)/(1-w)=1.1494 8B4.可以达到最大航速的计算采用MAU 4叶桨图谱进行计算。

肥大型船舶阻力计算方法修正

肥大型船舶阻力计算方法修正

肥大型船舶阻力计算方法修正郭春雨;黄超;邓锐;王成尧【摘要】In order to improve the numerical method used for some of the commercial vessels , especially in precision appli-cability, the resistance of some latest oil tanks and bulk carriers were calculated by traditional method and compared with the ex -perimental data .The the discrepancies between calculation results and experimental data were discussed , so as to put forward a corrected way based on the Lap-Kellermethod.Application of this corrected method on those latest oil tanks and bulge carriers obtain some more accurate results , showing that the new method is useful in the engineering .%为了改善部分肥大型船舶的阻力计算方法,提高计算精度和适用性,以兰坡凯勒方法为基础,结合近年来部分典型新造船型,通过计算结果和实验数据的对比分析,探讨计算结果产生偏差的原因,提出适用于新造船型阻力预报的修正方法。

将此方法应用于油船和散货船,所得到的计算结果准确度有较大提高,表明修正后的计算方法具有一定的工程实用价值。

【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】阻力预报;商用船舶;修正方法【作者】郭春雨;黄超;邓锐;王成尧【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U661.3准确预报船舶阻力是船舶设计工作者的重要任务之一[1]。

船舶阻力第3章-兴波阻力

船舶阻力第3章-兴波阻力
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§3-2 船舶兴波阻力特征
一、兴波阻力与波浪参数旳关系
当船舶航行时,整个船波随船体一起迈进,所 以船波旳传播速度与船速相等。根据能量守恒 ,船体所供给旳波浪能量等于兴波阻力所做旳 功,根据波浪理论有:
关系:兴波阻力与波高平方和波宽成正比关系 。当船舶航行旳兴波波高增大时,兴波阻力必 然急剧增大。
船舶阻力第三章 兴波阻力
1、兴波阻力旳概念
船舶在水面上运动时会扰动周围旳水从而使船 体周围旳流体压力分布发生变化,兴起波浪。 这种因为船体兴波造成旳船体前后压力分布不 对称而产生旳船舶运动方向上旳压差力称为兴 波阻力。
从能量旳观点,因兴波要消耗能量,船体要对 水做功,根据力作用力与反作用力原理,水对 船体旳反作用力旳水平分量就是兴波阻力。
18
阐明一:势流理论研究中,因为忽视了粘性旳 影响,造成有些势流理论措施旳计算成果普遍 出现兴波阻力系数曲线旳峰谷夸张等现象。有 研究者解释,是因为势流理论夸张了波旳干扰 现象。为了弥补势流理论旳不足,研究者们探 讨了粘性对兴波阻力旳影响。
阐明二:因为既有旳粘流理论、数值计算措施 等旳不完善以及计算机硬件和软件旳限制,目 前自由表面形状模拟成果不如势流理论。同步 粘流所用旳旳时间远比势流理论多旳多,目前 粘流模拟还没有到达较为成熟旳工程合用阶段
1
2、注意:这里所说旳兴波和兴波阻力是指船舶 在静止水面上运动时,因为本身运动而产生旳 兴涉及兴波阻力,不涉及外界如过往旳船只、 阵风等作用在水面上兴起旳波而产生旳阻力。
3、研究兴波阻力旳主要性
兴波阻力在船舶阻力中占有主要位置。一般兴 波越大,兴波阻力就越大,同步兴波对堤坝等 构造物和过往船只等产生冲击作用。兴波阻力 随航速旳增高而增大,对于高速船,兴波阻力 占总阻力旳二分之一左右。

船舶阻力

船舶阻力

上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力13上海交通大学《船舶原理》上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide 15∫∫−=sf dsx R ),cos(ττcos(,)p sR p p x ds=−∫∫按物理现象分类水的粘性而产生的,在理想流体中并不存在。

按流体性质分类t v R R =(粘性阻力)wR +(兴波阻力)相(因为全相似难以实现,通过Froude假定可从船模平板表面上流速为零,随着距平板表面的距离y增加,流速也增大,当y增至时,起处流湍流10>3×Rex上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide9上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide 14平板上受到的摩擦阻力局部摩擦阻力系数:f s R dsτ=∫0002222111112222xx xf f b dxR C dx C dx x x v S v bx v τττρρρ====∫∫∫212C v ττρ=上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力18公式(船模与实船的阻力换算)2m上海交通大学《船舶原理》之船体表面弯曲度对摩擦阻力的影响上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力1.不分离的情形2-D分离上海交通大学《船舶原理》动量损失(压差阻力、能量损失)从能量观点来看,在尾部形成漩涡,另一部分漩涡则被冲向船的后方,同船尾处又继续不断产生的漩涡,这样船体就要不断地提供能量。

这部分能量损上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide56象。

上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力59上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力5.船模与实船的Re相差103左右,边界层分离不相似,往往船模分离而实船不分离,低速时尤须注意。

上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide66上海交通大学《船舶原理》上海交通大学《船舶原理》之船舶阻力Slide 72C v :尾流测量与的比较a)尾流测量b)平均值接近()1fpk C +()v n C F F =()1fpk C +海浪、船行波等任何一种复杂的波系,都是由简单的平面进行波或基元波组成的。

船舶阻力()船型对阻力的影响

船舶阻力()船型对阻力的影响
2
6.1 船型对阻力影响的基本概念
高速船 Fr>0.30 Rw成为主要成分,力求减小Rw。 办法:减小船首波系的波高—船体(前体)瘦长 高速船波浪长度大—首波在船尾难以实现有 利干扰
3
4
6.1 船型对阻力影响的基本概念
二、确定影响阻力的船型参数
1、主尺度比:L/B、B/T 2、船形系数: C p Cb / Cm
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6.2 船体主尺度影响
(3)对总阻力的影响 低速船 高速船
Δ
0.01L
Δ
3

Rt Rt
Δ
0.01L
Δ
3
可取大些 可取小些
0.01L 0.01L 3、不同船舶的 △/(0.01L)3选取
3

3
(1)低、中速船△/(0.01L)3取大些, 随着V增加,降低△/(0.01L)3,船型肥短 (2)高速船△/(0.01L)3比低速船小得多,船型瘦长 (3) △/(0.01L)3对Rf与Rr影响相反,存在 Lopt
低速船 Fr < 0.20 Rw很小, Rf与Rpv 主要;所以要减小Rf 和Rpv, Rf ∝S — 减小S — 船型肥短 — 易产生旋涡—去流段 中速船 0.20<Fr < 0.30 Rw随V提高而增大, 既要减小Rw 又要考虑Rf 和Rpv, 办法:选择有利船型参数 — (兴波)有利干扰 船型趋于瘦削— 减小粘压
6.1 船型对阻力影响的基本概念
一、船型、航速与阻力性能之间的关系
1、优良船型的含义
阻力性能优良船型是对某一速度范围和航行环境而言的; 讨论船型对阻力的影响必须与设计船速度范围相联系 (未来将同时考虑航行环境) 1
6.1 船型对阻力影响的基本概念

船舶阻力5(修改稿)

船舶阻力5(修改稿)
三、船模阻力试验方法和内容
1、试验准备 船模制作(木模、蜡模)—几何相似、表面光洁 安置人工激流丝——称重——配压载、调浮 2、阻力数据测试 物理量:速度、阻力、纵倾、升沉、浸湿长度 方法:(1)船模速度:—拖车速度(测速轮) (2)阻力测量:—阻力仪 a、机械式—阻力Rtm由砝码重力W平衡。 W rB±pLpsinθ=Rtm rA Rtm = rB W/rA ± pLpsinθ/ rA 记录W、θ— 可得Rtm
二、表达方法
1、泰洛表达法及其换算关系 速度参数Fr(或V/L0.5); 阻力 Rt/△(或 Rr/△或Cr)
江苏科技大学船舶与海洋工程学院
张瑞瑞
8
§7.2 船模阻力数据表达
船舶阻力——第七章船模阻力试 验——船模阻力数据表达
(1)Rr/△对Fr的表达形式 船模数据用 Rrm/△m对Fr的表达; 实船阻力: Rts/△s = Rfs/△s + Rrs/△s (2)Rt/△对Fr的表达形式 船模数据用 Rtm/△m对Fr的表达; 实船阻力: Rts/△s = Rfs/△s + Rrs/△s 相应速度时:Rrs/△s = Rrm/△m = Rtm/△m- Rfm/△m 所以 Rts/△s = Rtm/△m -(Rfm/△m - Rfs/△s) 又因为: Rfm/△m = Cfm 0.5 m Vm2 Sm/ mgmCbLmBmTm =0.5 Sm Cfm Fr2 / CbBmTm
江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞
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§7.1 拖曳试验依据、设备和方法
3、重力式船模试验池 优点:水池小、设备简单、造价低 缺点:船模尺度小、尺度效应大、误差偏大 实验内容单一
船舶阻力——第七章船模阻力试 验——拖曳试验依据、设备和方法

船舶阻力-第4章附加阻力-附体阻力,空气阻力,汹涛阻力

船舶阻力-第4章附加阻力-附体阻力,空气阻力,汹涛阻力

R Rm Rm
裸体
附体
比较带有附体的船模实验和裸体船模实验所得阻
力差△Rm
Capm
1 2
Rm
m Smm2
kapm
Rm Rm
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
① 认为 Caps Capm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Rs
Capm
1 2
s Sss2
但由于附体模型小,尺度效应较大,一般应引 入一个附体尺度效应因子β。
b) 轴支架、轴,以粘压阻力为主,也因尽量采用流线型。
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
1. 实用估算方法(附体阻力)
pe1 peb (1 kap )
Peb :裸体船所需功率 Kap:附体系数
其他可查设计手册
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
2. 应用模型实验确定附体阻力
4-3 波浪中的阻力增值
又称汹涛阻力
一. 波浪中阻力增值的主要原因
a) 摇摆、纵横垂荡、横摇、纵摇、首尾摇 主要是纵摇和升沉对阻力增值影响较大,
其次是横摇和首摇。 b) 波浪(入射波和反射波)
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
二.波浪增阻的特点
• . Raw h(波高)
• 当波浪遭遇周期与船的纵摇、垂荡周期接近 时,产生共振效应,阻力增值变大。
三.波浪中阻力增值与储备马力
➢ 设计时考虑到常遇风浪情况(与海区、航浅等 有关),增加储备马力。
波浪中阻力增值,后果有两种:
① 保持静水中同样的功率——在风浪中航速下降
s(称为失速)
② 如果仍要求达到静水中的相同航速,则必须另

船舶阻力与节能措施

船舶阻力与节能措施

船舶阻力与节能措施船舶在航行过程中,阻力是影响其性能和燃油效率的主要因素之一。

因此,理解和研究船舶阻力对于提高船舶的航行效率和降低运营成本具有重要意义。

1. 船舶阻力概述船舶阻力主要包括摩擦阻力和剩余阻力。

摩擦阻力是由于船体与水流之间的摩擦作用产生的,它与船体的形状、粗糙度和水流的速度有关。

剩余阻力是由于船体形状和水流运动之间的相互作用产生的,它与船体的形状、水流的速度和船体的运动状态有关。

船舶的阻力特性受到船体形状、船体大小、船体材料和船体结构等多种因素的影响。

在设计和建造船舶时,可以通过优化船体形状、采用高强度材料和采用流线型设计等措施来减小船舶阻力。

2. 船舶节能措施为了降低船舶的阻力,提高其航行效率,可以采取一系列的节能措施。

2.1 优化船体形状优化船体形状是减小船舶阻力的有效方法之一。

船体形状的优化可以减小船体与水流之间的摩擦阻力,从而降低船舶的阻力。

例如,可以采用流线型设计,使船体表面更加光滑,减小船体与水流之间的摩擦力。

2.2 采用高效推进系统船舶的推进系统是影响其燃油效率的重要因素之一。

采用高效推进系统可以减小船舶的阻力,提高其航行效率。

例如,可以采用螺旋桨推进器,通过优化螺旋桨的设计和材料,提高推进效率。

2.3 采用节能材料采用节能材料可以减小船舶的质量和阻力,提高其航行效率。

例如,可以采用高强度钢材料,减小船体的质量和阻力。

2.4 采用节能技术采用节能技术可以减小船舶的阻力,提高其航行效率。

例如,可以采用电力推进技术,通过电能驱动船舶,减小燃油消耗。

3. 结论船舶阻力是影响其航行效率和燃油效率的主要因素之一。

为了减小船舶阻力,提高其航行效率,可以采取优化船体形状、采用高效推进系统、采用节能材料和采用节能技术等措施。

这些措施可以有效地减小船舶的阻力,提高其航行效率,从而降低运营成本。

4. 船舶阻力的测量与模拟为了有效地研究和改进船舶阻力,需要对其进行准确的测量和模拟。

现代船舶设计中,通常采用数值模拟和模型试验相结合的方法来研究船舶阻力。

船舶阻力——精选推荐

船舶阻力——精选推荐

船舶阻⼒船舶阻⼒:第⼀章1.船舶快速性:在给定主机功率时,表征航速⾼低的⼀种性能。

2.船舶阻⼒研究⽅法:研究船舶在等速直线航⾏过程中,船体受到的各种阻⼒问题3.推进部分:研究克服阻⼒的推进器及其与船体间的相互作⽤以及船机桨的配合问题。

4.研究船舶快速性的⽅法:理论研究⽅法,实验⽅法,数值模拟。

5.船舶阻⼒:⽔阻⼒、空⽓阻⼒。

⽔阻⼒:静⽔阻⼒、汹涛阻⼒。

静⽔阻⼒:裸船体阻⼒、附体阻⼒。

附加阻⼒:附体阻⼒、汹涛阻⼒、空⽓阻⼒。

船舶阻⼒:裸船体阻⼒、附加阻⼒。

6.船舶总阻⼒R t:摩擦阻⼒R f,压阻⼒R p。

压阻⼒R p:粘压阻⼒R pv,兴波阻⼒R w。

粘性阻⼒R v:摩擦阻⼒R f,粘压阻⼒R pv。

船体总阻⼒R t:粘性阻⼒R v,兴波阻⼒R w。

7.R t=R w+R f+R pv8.对于R pv的处理:(1)R pv +R w=R r剩余阻⼒(2)R pv +R f=R v(粘性阻⼒),则有R t=(1+k)R f+ R w9.阻⼒相似定律:(1)粘性阻⼒相似定律----雷诺定律-------C r=f(Re)对于⼀定形状的物体,粘性阻⼒系数仅与雷诺数有关,当Re相同时,两形似物体的粘性系数必相等。

10.兴波阻⼒相似定律----傅汝德定律-----C w=f(Fr)对于给定船型的兴波阻⼒系数仅是Fr的函数,当两形似船的Fr相等时,兴波阻⼒系数必相等,称为傅汝德定律。

形似船:仅⼤⼩不同,形状完全相似(即⼏何相似)的船舶之间的统称。

傅汝德⽐较定律:形似船在相应速度时(或相同Fr数),单位排⽔量兴波阻⼒必相等。

11.船体总阻⼒相似定律----全相似定律------C t=f(Re,Fr)---可得,⽔⾯船舶的总阻⼒系数是雷诺数和傅汝德数的函数。

第⼆章粘性阻⼒1. 相当平板假定:实船和船模的摩擦阻⼒分别等于与其同速度,同长度,同湿表⾯积的光滑平板的摩擦阻⼒。

3. ⼀般船舶的雷诺数在,其对应的流动状态是湍流边界层。

一阻力概述

一阻力概述
Ct s = C f s + Cr m = C f s +(Ct m– C f m)
机功率时,表征船舶航行速度快慢的一种性能。
▪ 因此,快速性的含义是:对一定的船舶在给定主机功率
时,能达到的航速较高者,谓之快速性好,反之为差;或者,
对一定的船舶要求达到一定航速时,所需主机功率小者,谓
之快速性好,反之则否。
二、本课程的研究内容和任务
▪ 快速性是船舶诸性能中的重要性能之一。快
速性的优劣,对一般船舶来说将影响船舶的使用 性和经济性,或对军用舰艇的作战性能密切相关。 在船舶设计中应当从下述四个方面来考虑对快速 性的要求: ▪ ① 船舶于航行时所遭受的阻力要小,即所谓优 良线型的选择问题; ▪ ② 选择推力足够,且效率高的推进器; ▪ ③ 选取合适的主机; ▪ ④ 推进器与船体和主机之间协调一致。

R
ws
=
R
wmρsυ2 s来自Ssρm
υ2 m
S
m
考虑到形似船,且在相应速度,则必有:Ss / S m = 2和
2 s
/
2 m
= α 代入上式得:
R ws = R wm
ρs
α3
=
R w m
ρ s
s
ρm
ρm m
其中 s ,m分别为实船和船模的排水体积,
如改用相应的排水量,最后得:
R = R 或 w s
根据分析,认为粘性阻力Rv 与水的质量密度ρ、物体长度L、 速度υ、水的运动粘性系数ν有关,可以写成:
Rv = φ( ρ,L,υ,ν) 根据量纲表示式,组成无量纲数π1,π2:
π1 =
RV ρυ2 L2
π2 = ν =
1=
1

船舶阻力-第2章

船舶阻力-第2章

量阶分析 χ = o(1)
结果以二维为例
∂ 2u (1 ) γ ∂y 2
u = O (1)
y = o(δ )
∂ 2u 项保留, 项保留,γ ∂x 2
顺流) 顺流)忽略
∂p ( 1 ,层流) 层流) (2)沿边界层法向 ≈O R ex ∂y
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
层内的流动状态取决于局部雷诺数 Rex = 层流 过渡区 湍流
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上海交通大学《船舶原理》 之 船舶阻力
平板表面上流速为零, 平板表面上流速为零,随着距平板表面的 距离y增加,流速也增大, 增至时, 距离y增加,流速也增大,当y增至时,起处流 速达到来流的速度。以内为边界层, 速达到来流的速度。以内为边界层,粘性对流 体的影响只有在这里面, 体的影响只有在这里面,边界层外端可以为是 理想势流。边界层理论的重要意义在于, 理想势流。边界层理论的重要意义在于,它将 流体划分为截然不同的两个部分, 流体划分为截然不同的两个部分,并加以分别 处理。 处理。
上海交通大学2006-2007学年第2 上海交通大学2006-2007学年第2学期 2006 学年第
船舶原理(阻力) 船舶原理(阻力)
张怀新 教授
2007年4月20日
第二章 粘性阻力
由于船体形状比较复杂, 由于船体形状比较复杂,目前利用理论方 法已经得到了很大的发展。 法已经得到了很大的发展。已经能用边界层理 论或直接求解雷诺方程的方法, 论或直接求解雷诺方程的方法,对粘性阻力进 行估算。但计算比较复杂, 行估算。但计算比较复杂,在实际设计和工程 中还往往将摩擦阻力与粘压阻力分开处理, 中还往往将摩擦阻力与粘压阻力分开处理,摩 擦阻力使用Froude假定的相当平板假定。 假定的相当平板假定。 擦阻力使用 假定的相当平板假定

船舶阻力

船舶阻力

平均海况航速 (服务速度)
其他设计指标:民用船舶---使用性;经济性
军用舰艇---作战性能
快速性的两个方面:阻力小;推进性能高(螺旋桨效率高)
船型仍是竞争的关键之一
1-1 船舶快速性及其在船舶设计中的地位
船舶阻力课程的主要内容:
阻力的成因及其性质 阻力随航速、船型和外界条件的变化规律 减小阻力的方法,寻找优良船型 估算船舶阻力,为推进器设计提供依据
ห้องสมุดไป่ตู้

峰 兴波阻力 粘性阻力
航速 Speed (kn)
1kn=1海里/小时=1.852km/h
1-2 船舶阻力的成因及分类
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.2 0.3 0.4 Fr 0.5 0.6 0.7 0.8 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0.00 Rf Rr
Model Tests
Effects of Hull form on Resistance Approximate Estimation Resistance in Restricted Channels Characteristics of Resistance for High-speed Ships
1-1 船舶快速性及其在船舶设计中的地位 船舶快速性研究方法:
理论研究方法:应用流体力学的理论,抓出问题的关键和
核心,建立物理或数学模型将复杂问题简单化,结合理论 推演和计算,给出一些指导性的定性结果。
试验方法:模型试验---主要手段,但有局限性
实船试验---鉴定各种性能是否达到设计要求
数值模拟(CFD):应用高速计算机,根据数学模型,采
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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。
船舶阻力——第一章绪论 ——船舶快速性及研究方法
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
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§1.2船舶阻力的分类及阻力曲线
一、概述
静水阻力 水阻力
船舶阻力
船舶阻力——第一章绪论—— 船舶阻力的分类及阻力曲线
裸船体阻力 附体阻力 汹涛阻力 空气阻力
船体阻力
附加阻力
二、船体阻力的成因及分类
1、船体阻力的成因 现象
波浪 边界层(粘性) 旋涡(曲度骤变处)
兴波阻力 Rw 摩擦阻力 Rf 粘压阻力(旋涡阻力)Rpv
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§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
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。
船舶阻力——第一章绪论 ——傅汝德假定
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§1.3阻力相似定律
船舶阻力——第一章绪论 ——阻力相似定律
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。 Rws/ s = Rwm / m 证明:相应速度 Fr m=Fr s vm/(g L m) 0.5 = vS/(g LS) 0.5 vm = vS /(L S / Lm) 0.5= vS / () 0.5 由傅汝德定律 Cwm = Cws Rwm / 0.5mvm2Sm = Rws / 0.5s vs2Ss Rws = Rwm svs2Ss / mvm2Sm
R=(,L,v, ) 取 ,L,v 为基本量 定律: 1、 2 [ R] = [] [v2] [L2] [] = [v] [L] 1= R / v2L2 (R / 0.5v2S = C 粘性阻力系数) 2 = / v L = 1/Re 根据定律 1=(2 ) C = R / 0.5v2s = ( 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。
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§1.3阻力相似定律
二、兴波阻力相似定律——傅汝德定律
船舶阻力——第一章绪论 ——阻力相似定律
Rw = (,L,v, g ) 取 ,L,v 为基本量 定律: 1、 2 [ Rw] =[] [v2] [L2] [T]= [L] [v -1 ] [g]= [v] [T -1 ] = [L -1 ] [v2 ] 1= Rw / v2L2 Rw / 0.5v2S = Cw 兴波阻力系数 2 = g / v2 L-1 = g L/ v2 = 1 / Fr 2 Fr=v/(g L ) 0.5 (傅汝德数) 根据定律 1=(2 ) Cw = Rw / 0.5v2s = ( 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
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。
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§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
兴波阻力
10~20%
~50%
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§1.2船舶阻力的分类及阻力曲线四、速 Nhomakorabea参数的表达
船舶阻力——第一章绪论—— 船舶阻力的分类及阻力曲线
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
因为:形似船 S s / Sm = 2 相应速度 vS2 / vm2 = Rws = Rwm svs2Ss / mvm2Sm = Rwm (s/ m) 3 = Rwm (s/ m)(s/ m)= Rwm ( s/ m)
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§1.3阻力相似定律
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§1.4傅汝德假定
一、实现全相似的条件
Frm=Frs vm /(gLm )0.5 = vs /(gLs)0.5
vm 2 = vs2 (Lm / Ls)
船舶阻力——第一章绪论 ——傅汝德假定
Rem=Res
vmLm/ m = vsLs/ s
vm 2 = vs2(Ls/ Lm)2(m / s)2
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
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§1.4傅汝德假定
船舶阻力——第一章绪论 ——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=Rfs+Rrs 比较定律 Rrs = Rrm( s / m)
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§1.2船舶阻力的分类及阻力曲线
3、阻力关系:
船舶阻力——第一章绪论—— 船舶阻力的分类及阻力曲线
摩擦阻力Rf
船体阻力 压阻力Rp 兴波阻力Rw
4、各部分所占船体阻力比重
粘压阻力Rpv
粘性阻力Rv
低速船
摩擦阻力 粘压阻力 70~80% ~10%
高速船
40~50% ~5%
三、船体总阻力相似定律——全相似定律
船舶阻力——第一章绪论 ——阻力相似定律
Rt = (,L,v, , g ) 取 ,L,v 为基本量 定律: 1、 2 、3 [ Rt] =[] [v2] [L2] [T]= [L] [v -1 ] []= [v] [L] [g]= [v] [T -1 ] = [L -1 ] [v2 ] 1= Rt / v2L2 Rt / 0.5v2S = Ct 总阻力系数 2 = / v L = 1/Re 3 = g / v2L -1 = 1 / Fr 2 根据定律 1=(2 ,3) Ct = Rt / 0.5v2s = (1/Re ,1/ Fr2 ) = 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
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§1.4傅汝德假定
问题:
船舶阻力——第一章绪论 ——傅汝德假定
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
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§1.4傅汝德假定
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

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§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:
船舶阻力——第一章绪论—— 船舶阻力的分类及阻力曲线
Rt=Rw+Rf+Rpv
按流体作用力方向分: 压力(兴波、旋涡)
切向力(摩擦)
按流体性质分:
Rt=Rf+Rp
Rt=Rw+Rv
其中:Rv =Rf+Rpv
Rts=Rfs+Rrs= Rfs+ Rrm( 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 V2 S ) Crs=Crm Crm=Ctm-Cfm Cts=Cfs+Crm=Cfs+Ctm-Cfm
《船舶阻力与推进》
—— 船舶阻力部分
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§1.1船舶快速性及研究方法
船舶阻力——第一章绪论 ——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。
Fr和Re同时相等,则必有: m = s (Lm / Ls)3/2 (1) 若假定缩尺比 = Ls/ Lm =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 Lm =Ls 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
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