船舶阻力1(修改稿).ppt

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1、1 1江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 2 21.11.1船舶快速性及研究方法船舶快速性及研究方法浮性、稳性、抗沉性、浮性、稳性、抗沉性、快速性快速性快速性快速性、耐波性、操纵性、耐波性、操纵性一、船舶快速性一、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的能力的科学科学科学科学。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船舶快速性是在给定主机功率时，表征船舶航行速度快慢

2、的一种性能性能性能性能。船舶快速性研究所包含的两部分船舶快速性研究所包含的两部分内容内容：（1）船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力：研究船体在运动过程中所受到的各种阻力问题。：研究船体在运动过程中所受到的各种阻力问题。（2）船舶推进船舶推进船舶推进船舶推进：研究克服船体阻力的推进器及其与船体间的相互干扰及：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、机、桨的匹配问题。船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论船舶快速性及研究方法船舶快速性及研究方法船舶快速性及研究方法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江苏科技大学船舶与

3、海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 3 31.11.1船舶快速性及研究方法船舶快速性及研究方法二、船舶阻力课程二、船舶阻力课程内容内容和和任务任务1、各种阻力、各种阻力成因成因成因成因与与性质性质性质性质2、阻力随航速、船型及外界条件变化、阻力随航速、船型及外界条件变化规律规律规律规律3、减阻、减阻方法方法方法方法4、优良优良优良优良船型船型5、阻力、阻力估算估算估算估算三、三、研究方法研究方法1、理论理论理论理论方法方法理论分析理论分析CFD：STARCD、FLOW-3D、CFX、FLUENT2、试验试验试验试验方法方法船模试验

4、和实船试验船模试验和实船试验船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论船舶快速性及研究方法船舶快速性及研究方法船舶快速性及研究方法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江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 4 41.21.2船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线一、概述一、概述裸船体裸船体裸船体裸船体阻力阻力船体船体船体船体阻力阻力静水静水静水静水阻力阻力水水水水阻力阻力附体附体附体附体阻力阻力船舶阻力船舶阻力汹涛汹涛汹涛汹涛阻力阻力附加附加附加附加阻力阻力空气

5、空气空气空气阻力阻力二、船体阻力的二、船体阻力的成因成因及及分类分类1、船体阻力的、船体阻力的成因成因波浪波浪波浪波浪兴波阻力兴波阻力兴波阻力兴波阻力 Rw现象现象边界层边界层边界层边界层（粘性）（粘性）摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力Rf旋涡旋涡旋涡旋涡（曲度骤变处）（曲度骤变处）粘压阻力粘压阻力粘压阻力粘压阻力（旋涡阻力）（旋涡阻力）Rpv船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线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江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工

6、程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 5 5兴波阻力兴波阻力兴波阻力兴波阻力：由：由兴波兴波引起的压力分布改变所产生的阻力。引起的压力分布改变所产生的阻力。摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力：由于水存在粘性在船体周围形成：由于水存在粘性在船体周围形成边界层边界层，使船体运动过程中，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。合力为摩擦阻力。粘压阻力粘压阻力粘压阻力粘压阻力：由于水的：由于水的粘性粘性和船体和船体曲度变化曲度变化，会产生旋涡、边界层等情况，会产生

7、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。粘压阻力。1.21.2船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线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江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 6 62、船体阻力、船体阻力分类分类按按成因成因分：分：R

8、Rt t=R=Rw w+R+Rf f+R+Rpvpv按流体作用力按流体作用力方向方向分：分：压力压力压力压力（兴波、旋涡）（兴波、旋涡）切向力切向力切向力切向力（摩擦）（摩擦）R Rt t=R=Rf f+R+Rp p按流体按流体性质性质分：分：R Rt t=R=Rw w+R+Rv v其中：其中：Rv v=Rf f+Rpvpv1.21.2船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线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江苏科技大学船

9、舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 7 7 3、阻力关系阻力关系：摩擦摩擦摩擦摩擦阻力阻力Rf船体船体船体船体阻力阻力粘压粘压粘压粘压阻力阻力Rpv粘性粘性粘性粘性阻力阻力Rv压压压压阻力阻力Rp兴波兴波兴波兴波阻力阻力Rw4、各部分所占船体阻力各部分所占船体阻力比重比重1.21.2船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线 低速低速低速低速船船高速高速高

10、速高速船船摩擦阻力摩擦阻力70804050粘压阻力粘压阻力105兴波阻力兴波阻力102050江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 9 9 四、四、速度参数速度参数的表达的表达速度速度速度速度V V：m/skm/h（nmile/h）（）（1nmile=1.852km）1kn=1.852km/h=0.5144m/s无量纲参数无量纲参数傅汝德数傅汝德数傅汝德数傅汝德数Fr=s/(gL)0.5速长比速长比Vs/(L)0.5（Vs-kn；L-ft）Fr=0.2977Vs/(L)0.5雷诺数雷诺数

11、雷诺数雷诺数Re=sL/运动粘性系数（米运动粘性系数（米2/秒）秒）1.21.2船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线船舶阻力的分类及阻力曲线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江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 1010 一、一、粘性阻力粘性阻力相似定律相似定律雷诺定律雷诺定律雷诺定律雷诺定律R=（，L，v，）取取，L，v为基本量为基本量 定律：定律：1、2R=v

12、2L2=vL 1=R/v2L2（R/0.5 v2S=C 粘性阻力系数）粘性阻力系数）2=/vL=1/Re根据根据 定律定律 1=(2)C C =R R /0.5/0.5 v v2 2s=s=(1/Re 1/Re)=)=f(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，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；则粘性阻力系数必相同；Cf=Cf=RfRf/0.5/0.5 v2sv2s=f(Re)f(Re)（深水、平板、顺平面运动）深水、平板、顺平面运动）2.平板摩擦阻力系数平板摩擦阻力系数Cf仅仅是雷诺数的函数，当雷

13、诺数相同时，摩擦阻力系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。数必相同。1.1.3 3阻力相似定律阻力相似定律船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论阻力相似定律阻力相似定律阻力相似定律阻力相似定律 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 1111 二、二、兴波阻力兴波阻力相似定律相似定律傅汝德定律傅汝德定律傅汝德定律傅汝德定律Rw=（，L，v，g）取取，L，v为基本量为基本量 定律：定律：1、2Rw=v2L2T=Lv-1g=vT-1=L-

14、1v2 1=Rw/v2L2Rw/0.5 v2S=Cw兴波兴波阻力系数阻力系数 2=g/v2L-1=gL/v2=1/Fr2Fr=v/(gL)0.5(傅汝德数傅汝德数)根据根据 定律定律 1=(2)C Cw w=R Rw w/0.5/0.5 v v2 2s=s=(1/1/FrFr 2 2)=)=f(f(FrFr)1.傅汝德定律傅汝德定律：对于给定船形的兴波阻力系数仅是与：对于给定船形的兴波阻力系数仅是与傅汝德傅汝德数数Fr有关，当有关，当两船傅汝德数相等时，兴波阻力系数两船傅汝德数相等时，兴波阻力系数Cw必相等必相等1.1.3 3阻力相似定律阻力相似定律船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第

15、一章绪论第一章绪论第一章绪论阻力相似定律阻力相似定律阻力相似定律阻力相似定律 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 1212 2、傅汝德比较定律：傅汝德比较定律：形似船在相应速度时（或相同形似船在相应速度时（或相同Fr时）单位排水量兴波时）单位排水量兴波阻力必相等。阻力必相等。R Rwsws/s s =R Rwmwm/m m证明证明：相应速度相应速度Fr m=Fr svm/(g L m)0.5=vS/(g LS)0.5vm =vS/(L S/Lm)0.5=vS/()0.5由傅汝德定律由

16、傅汝德定律Cwm=CwsRwm/0.5 mvm2Sm=Rws/0.5 s vs2SsRws=Rwm svs2Ss/mvm2Sm因为：因为：形似船形似船形似船形似船Ss/Sm=2相应速度相应速度相应速度相应速度vS2/vm2=R Rws ws=R Rwmwm s sv vs s2 2S Ss s/mmv vmm2 2S Smm=R Rwmwm(s s/mm)3 3 =R Rwmwm(s s/mm)()(s s/mm)=)=R Rwm wm(s s/mm)1.1.3 3阻力相似定律阻力相似定律船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论阻力相似定律阻力相似定律阻力相似定

17、律阻力相似定律 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 1313 三三、船体船体总阻力总阻力相似定律相似定律全相似定律全相似定律全相似定律全相似定律Rt=（，L，v，g）取取，L，v为基本量为基本量 定律：定律：1、2、3Rt=v2L2T=Lv-1=vLg=vT-1=L-1v2 1=Rt/v2L2Rt/0.5 v2S=Ct总阻力系数总阻力系数 2=/vL=1/Re 3=g/v2L-1=1/Fr2根据根据 定律定律 1=(2，3)C Ct t=R Rt t/0.5/0.5 v v2 2s=

18、s=(1/Re,1/1/Re,1/FrFr2 2)=)=f(Re,f(Re,FrFr)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和和Fr同时相等同时相等全相似全相似(形似船形似船)全相似定律全相似定律:满足全相似条件，满足全相似条件，实船与船模的总阻力系数为一常数实船与船模的总阻力系数为一常数1.1.3 3阻力相似定律阻力相似定律船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论阻力相似定律阻力相似定律阻力相似定律阻力相似定律 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏

19、科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 1414一、实现一、实现全相似的条件全相似的条件Frm=Frs vm/(gLm)0.5=vs/(gLs)0.5 Rem=Res vmLm/m=vsLs/s vm 2=vs2(Lm/Ls)vm 2=vs2(Ls/Lm)2(m/s)2Fr和和Re同时相等，则必有：同时相等，则必有：m=s(Lm/Ls)3/2（1）若假定缩尺比若假定缩尺比=Ls/Lm=36则则 m=s/216不可能不可能船模通常在水池中试验，船模通常在水池中试验，一般一般可认为可认为 m=s要满足公式（要满足公式（1），），则必须则必须Lm=Ls意味

20、着需用实船大小的模型进行试验意味着需用实船大小的模型进行试验不切实际不切实际全相似难以实现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1.1.4 4傅汝德假定傅汝德假定船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 1515 二、二、傅汝德假定傅汝德假定1、总阻力可分为独立的二部分，一为、总阻力可分为独立的二部分，

21、一为Rf仅与仅与Re有关；另一为有关；另一为Rpv与与Rw合合并后的剩余阻力并后的剩余阻力Rr，仅与仅与Fr有关，且适用比较定律。有关，且适用比较定律。Rt=Rf+Rr Rr=Rpv+Rw Rt=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。、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。相当平板假定相当平板假定1.1.4 4傅汝德假定傅汝德假定船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定 江苏科技大学船舶与海

22、洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 1616作用作用：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：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。验结果换算得到实船在相应速度时的阻力。实船阻力实船阻力实船阻力实船阻力：Rts=Rfs+Rrs比较定律比较定律比较定律比较定律Rrs=Rrm（s/m）Rts=Rfs+Rrs=Rfs+Rrm（s/m）船模船模船模船模剩余阻力剩余阻力剩余阻力剩余阻力Rrm=Rtm-Rfm s/m=（s/m）3

23、Rts=Rfs+（Rtm-Rfm）（）（s/m）3傅汝德换算关系傅汝德换算关系无量纲表示无量纲表示Cts=Cfs+Crs（C=R/0.5 V2S）Crs=CrmCrm=Ctm-CfmCts=Cfs+Crm=Cfs+Ctm-Cfm1.1.4 4傅汝德假定傅汝德假定船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 1717 问题问题：割裂了割裂了Rf和和Rr间的相互影响间的相互影响理论上不

24、合理理论上不合理Rw和和Rpv阻力性质不一样阻力性质不一样船体是三维的船体是三维的1.1.4 4傅汝德假定傅汝德假定船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞 1818本章小结：本章小结：1.阻力分类与定义阻力分类与定义2.阻力相似定律阻力相似定律3.傅汝德假定傅汝德假定作业和思考题：作业和思考题：（1）船舶阻力和船体阻力的划分图；）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；）船体阻力中各阻力成分定义；（3）船体阻力的各相似定律；）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。）傅汝德假定及其作用和存在的问题。1.1.4 4傅汝德假定傅汝德假定船舶阻力船舶阻力船舶阻力船舶阻力第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定傅汝德假定 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏科技大学船舶与海洋工程学院 张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞张瑞瑞