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第2章粘性阻力-20147.ppt

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第2章粘性阻力-20147.ppt

船 体 表 面 横 向 弯 曲 的 影 响 船体表面弯曲对摩擦阻力的影响 船体表面横向弯曲处边界层厚度较平板薄,其剪 切应力相应要大些,导致摩擦阻力也相应增大,在弯 曲较大的舭部尤为显著。此外,有时船首部流体流至 舭部时,会分成纵向和横向流动,结果导致舭部摩擦 阻力增大。 船体表面弯曲还易引起边界层的离体,进而产生 旋涡。因旋涡区水流速度较低,导致摩擦阻力减小。 船体表面旋涡区 船体表面弯曲对摩擦阻力的影响 船体表面弯曲对摩擦阻力的影响较为复杂, 但总的来说,其影响导致船体表面摩擦阻力较 相当平板大。 依据佛汝德假设,在实用上不考虑船体表面 弯曲对摩擦阻力的影响不会引起较大误差。也 有研究者认为,船体表面弯曲对摩擦阻力的影 响主要由船体纵向弯曲引起,且摩擦阻力的增 加值主要与平板的长宽比 L/B 有关,且 L/B 越小, 形状效应越大。 船体表面弯曲对摩擦阻力的影响 K f 则船体摩擦阻力可以表示为: 若引入形状效应因子 , R f ? K f R 相当平板 形状因子 K f 可通过查图获得,或由阿普赫金( Апухтин ) 给出的与 L/B 呈线性关系的曲线求得,如下图中所示。 船体表面弯曲对摩擦阻力的影响 由图中可见,船体弯曲度对摩擦阻力的影响并不显著,故一 般认为想通过改变船体线型的方法减小摩擦阻力,效果是不大的。 多年来研究者进行了大量的理论与模型试验研究,但是,目 前尚无公认的形状效应修正方法,故一般不单独修正,因其是船 体形状的函数,所以常将其合并到粘压阻力中一起考虑,通过模 型试验确定。 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 船体及平板摩擦阻力系数计算公式均 是相对水力光滑表面而言的,而实船船体表 面存在一定的粗糙度,这种粗糙度会导致摩 擦阻力的较大增加。 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 船体表面粗糙度表现在如下两个方面 : ⑴ 由油漆面粗糙度和船体表面凸凹不平等引 起,称为普通粗糙度(或油漆面粗糙度); ⑵ 由焊缝,柳钉,船体表面开孔、海水箱以 及突出物等引起,称为局部粗糙度(或结构粗 糙度)。 即使是新建船舶,其表面也同样存在粗糙度。 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 目前主要采用“粗糙度补贴系数”法来修正船体表 面粗糙度对船体阻力的影响。即; C 的基础上增加粗糙度补贴系 在光滑平板摩擦阻力系数 f C f ,认为考虑了船体表面粗糙度影响的船体摩擦阻力为: 数 ? 1 2 R f ? ( C f ? ? C f ) ? ? U S 2 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 ? C 试验表明: 与雷诺数无关,但与船型、船体表面所用 f 油漆、涂敷时的操作条件等有关,相同的平板涂敷不 同的油漆会造成阻力值相差较大;甚至使用相同油漆, 涂敷方法不同对阻力的影响也不同。 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 该表为陶德于 1951 年给出的不同油漆、类型的 14 艘船舶自航试验所得到的摩擦 阻力结果。可见,由粗糙度引起的摩擦阻力增加值最大可达到 70 %以上。 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 荷兰水池于 1973 年发表了不同船长范围的粗糙度补贴值 由表中可见,随着船长的增加,粗糙度补贴系数逐渐减小, 甚至为负值。 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 研究表明,船长为 100m 左右的常规船舶,取 ? C f ? 0 . 4 ? 10 所得到的计算结果与实船试验结果基本相符。目前,不同国家以 ? C f 取值不同, 及针对不同船舶的 ? 3 我国建议取: ? C f ? 0 . 4 ? 10 ? 3 1975 年 14 届 ITTC 建议,船长小于 400m 的常规船舶,若摩擦阻 力系数按照 ITTC - 1957 公式计算,则相应的粗糙度补贴系数可 以按照经验公式计算: ? k ? 其中, Ks 为粗糙度表观高度,对于质量较好的新建船舶可取 Ks = 150 × 10 -6 m ? C f ? ? 105 ? ( s ) 1 / 3 ? 0 . 64 ? ? 10 ? 3 L ? ? 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 ? C f 值时除了考虑船体表面粗糙度修 事实上,引用 正以外,还包括了应用不同的摩擦阻力系数公式和 尺度效应的差别,以及螺旋桨效率、伴流、推力减 额和相对旋转效率等方面的影响。换句话说,综合 考虑了阻力和推进等诸多因素对船舶阻力的影响, ? C f ” 所以也有人认为用“船模-实船换算补贴系数 这一术语更为贴切。 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 污 底 : 船舶下水并经过一段时间使用后,除钢板会遭到腐蚀外, 一些海洋生物也会附着在船体表面上,这也增加了船体表面 粗糙度,进而造成船体阻力的增加。 影 响 : 1 、船舶阻力增加; 2 、推进器效率降低。 一般认为,新船在下水 6 个月后,由于污底所增加的总 阻力可以达到 10 %以上,导致船速明显下降。所以新船试航 必须在船壳洁净,并新涂油漆后进行。 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 污 底 : 由于污底所增加的阻力主要与船舶出坞的时间有关,所 以可以用公式估算出因污底而增加的摩擦阻力百分数: 估算方法: k 1 ? d d 0 F ? ? k 2 ? d k 3 其中: F 为摩擦阻力增加百分数; d 为距最后一次出坞的时间(天); d 0 为距新船首次出坞的时间(天); k1 、 k2 、 k3 为常数,根据在一定航线上航行的一定 类型船舶的试航结果确定。 船体表面粗糙度对摩擦阻力的影响 污 底 : 防治方法: 1 、涂敷防污底漆; 2 、淡水除污; 3 、进坞除污。 船体湿表面积计算方法 1. 根据船舶型线图进行计算(

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