船模阻力

院系工学院理论与应用力学专业班级理论与应用力学12级实验课程流体力学实验

姓名：梁彦豪12309028

指导教师苏炜

船模阻力实验报告书

目录

一、实验摘要 (3)

二、实验背景及工程应用 (3)

三、实验目的要求 (3)

四、实验装置 (3)

五、实验原理 (4)

六、实验方法与步骤 (6)

七、实验数据处理与分析 (6)

八、实验原始数据 (10)

实验日期：2015年6月12日

原创申明：我保证实验数据和实验报告是本人亲自完成。签名：

一、实验摘要

本实验通过测量等比缩小的船模型的航行阻力，再与船模航行速度进行比较以得到船模阻力与速度之间的关系；再通过船模试验结果换算到实船阻力和实船航速之间的关系。

二、实验背景及工程应用

船舶在水面上航行时，会遭受水的阻力作用。如何预测船舶在航行时所遭受的阻力？

船型和阻力之间的关系如何？这是船舶设计研究需要解决的重要问题。迄今为止，船模阻力实验是确定船舶阻力的最有效的方法。近年来，根据流体力学基本理论研究船舶阻力问题有很大进展，加上电子计算机的广泛应用，使得船舶阻力的理论计算方法有很大发展。

但是，由于船舶阻力问题比较复杂，在理论计算时常需作某些简化假定，故所得结果与实际到底存在多大差别，需要用船模实验结果进行检验，或进行适当的修正。综上所述，船模阻力实验是目前研究船舶阻力最基本有效的方法。

三、实验目的要求

本教学试验的目的是使学生初步掌握船模阻力试验的基本方法和根据船模试验结果换算到实船阻力的基本方法，借以培养学生进行科学试验研究的工作能力。

根据上述目的，本教学试验包括两个方面的内容：

1.测定船模阻力与速度之间的关系。

2.求出实船阻力（有效功率）与航速之间的关系。

四、实验装置

图1为我校试验水池简图。拖车可沿水池两旁的轨道上行走；拖车上装置有控制、驱动系统及有关测量仪器，并载若干名试验人员。图2表示船模与拖车连接的情况，拖曳船模的钢丝通过导轮与阻力仪连接。

图1

.

.阻力仪

导轮

钢丝

刹船架

拖

曳点

钢丝

V

R

图2

五、实验原理

由船舶阻力理论已知，船舶在航行时遭受的总阻力可分为摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。船模试验只能测得其总阻力。目前，阻力换算方法有两种，其中一种式佛鲁德法（又称二因次法），即假定将船舶总阻力分为摩擦阻力和剩余阻力两部分，剩余阻力(包括兴波阻力和形状阻力)可以应用重力相似定律，而摩擦阻力则与同速度、同长度、同湿面积的平板（称为相当平板）的摩擦阻力相等。根据这一假定，就可以从船模试验结果计算同一佛氏数时的阻力。换算步骤如下：

1. 计算船模总阻力系数

221M M m V S Rtm Ctm ρ=

式中，Rtm —— 船模阻力，牛顿

m

ρ —— 试验水池水密度，公斤/米3

m S —— 船模湿面积，米2 m

V —— 船模速度，米/秒

2. 计算船模摩擦阻力系数。平板摩擦阻力系数公式很多，目前常用国际水池会议推荐的公式：

()22Rem lg 075

.0-=

fm C

式中，

m

VmLm

υ=

Rem —— 船模雷诺数

Lm —— 船模水线长，米

m

υ —— 试验水池中的水的运动粘性系数，可从水温表查得

3. 计算船模的剩余阻力系数

fm

C -Ctm Crm =

4. 求实船的相对应速度及实船剩余阻力系数。根据相似定律，实船与船模佛鲁德数相等时，剩余阻力系数相等。

由

m

m

S gL V

gL V =3

得

)/(..

秒米λm m

S

m S V L L V V ==

此时 Crs ＝Crm

5. 计算实船摩擦阻力系数（

f

fS C C ∆+）

()22Res lg 075

.0-=

fS C

式中，

m S

S L V υ.Res =

—— 实船雷诺数。

Ls —— 实船水线长，米。

S

υ—— 水的运动粘性系数，一般取15°C 时的值

通常取实船粗糙度补贴

3

104.0-⨯=∆f C

6. 计算实船总阻力系数

f

fS C C Crm Cts ∆++=

7. 计算实船总阻力

Cts sSsV Rts S 221

ρ=

（牛顿）

式中，Ss —— 实船湿面积，米2

s ρ—— 水的密度，公斤/米3，一般取15°C 时的值

在工程上，实船总阻力通常用有效功率表示：

1000

.S ts ES V R P =

(千瓦)

以上计算，通常列表进行较为方便。

六、实验方法与步骤

拖车起动，并通过刹船架夹住船模一起加速，当拖车达到所要求速度下等速前进时，松开刹船架，此时拖车通过钢丝拖着船模前进，由阻力仪器测出钢丝拖力（也就是船模阻力Rtm ），并同时用测速仪测量拖车速度（也就是船模速度Vm ）。记录完毕，刹住船模，拖车减速，刹车，退回原处，这就完成了一个速度点的试验。重复上述过程，直到得到完整的一条阻力曲线。

七、实验数据处理与分析

尺度比：50

表一. “朝阳”号远洋货轮实船主要尺度及船型系数

设计水线长(m)

型 宽(m)

设计吃水(m)

排水体积(m 3)

湿表面积(m 2)

方形系数

152.0 20.4 8.2 16500 4075 0.649