船舶阻力1(修改稿)PPT课件

§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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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§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、FLUENT2、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§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Rw现象边界层（粘性）摩擦阻力Rf旋涡（曲度骤变处）粘压阻力（旋涡阻力）Rpv船舶阻力——第一章绪论——船舶阻力的分类及阻力曲线兴波阻力：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2、船体阻力分类按成因分：Rt=Rw+Rf+Rpv按流体作用力方向分：压力（兴波、旋涡）切向力（摩擦）Rt=Rf+Rp按流体性质分：Rt=Rw+Rv其中：Rv=Rf+Rpv§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3、阻力关系：摩擦阻力Rf船体阻力粘压阻力Rpv粘性阻力Rv压阻力Rp兴波阻力Rw4、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％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Pe曲线Pe=Rt*Vs[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四、速度参数的表达速度V：m/skm/h（nmile/h）（1nmile=1.852km）1kn=1.852km/h=0.5144m/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=0.2977Vs/(L)0.5雷诺数Re=sL/—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]=[][v2][L2][]=[v][L]1=R/v2L2（R/0.5v2S=C粘性阻力系数）2=/vL=1/Re根据定律1=(2)C=R/0.5v2s=(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/0.5v2s=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[Rw]=[][v2][L2][T]=[L][v-1][g]=[v][T-1]=[L-1][v2]1=Rw/v2L2Rw/0.5v2S=Cw兴波阻力系数2=g/v2L-1=gL/v2=1/Fr2Fr=v/(gL)0.5(傅汝德数)根据定律1=(2)Cw=Rw/0.5v2s=(1/Fr2)=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Frm=Frsvm/(gLm)0.5=vS/(gLS)0.5vm=vS/(LS/Lm)0.5=vS/()0.5由傅汝德定律Cwm=CwsRwm/0.5mvm2Sm=Rws/0.5svs2SsRws=Rwmsvs2Ss/mvm2Sm因为：形似船Ss/Sm=2相应速度vS2/vm2=Rws=Rwmsvs2Ss/mvm2Sm=Rwm(s/m)3=Rwm(s/m)(s/m)=Rwm(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定律：1、2、3[Rt]=[][v2][L2][T]=[L][v-1][]=[v][L][g]=[v][T-1]=[L-1][v2]1=Rt/v2L2Rt/0.5v2S=Ct总阻力系数2=/vL=1/Re3=g/v2L-1=1/Fr2根据定律1=(2，3)Ct=Rt/0.5v2s=(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§1.3阻力相似定律船舶阻力——第一章绪论——阻力相似定律一、实现全相似的条件Frm=Frsvm/(gLm)0.5=vs/(gLs)0.5Rem=ResvmLm/m=vsLs/svm2=vs2(Lm/Ls)vm2=vs2(Ls/Lm)2(m/s)2Fr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§1.4傅汝德假定船舶阻力——第一章绪论——傅汝德假定二、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+RrRr=Rpv+RwRt=f(Re，Fr)=f1(Re)+f2(Fr)Rf=f1(Re)，Rr=f2(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）Rts=Rfs+Rrs=Rfs+Rrm（s/m）船模剩余阻力Rrm=Rtm-Rfms/m=（s/m）3Rts=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V2S）Crs=CrmCrm=Ctm-CfmCts=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