船舶阻力第2章 粘性阻力

1、1,§2-1 邊界層和摩擦阻力,一、平板邊界層,1、邊界層厚度,2,影響邊界層厚度的主要因素有：來流速度v、距板前單點O的距離x和流體的粘性（運動粘性系數(shù)）。邊界層厚度取決于有這三個物理量所組成的無量綱數(shù),2、邊界層內的流動狀態(tài),3,將流體劃分為截然不同的兩部分，并分別加以處理。（1）界層外面視為理想流體，可用勢流理論來解決；（2）界層內部則視為真實流體，需用邊界層理論來求解。,4、邊界層理論的重要意義,4,由牛頓內摩擦定理有

2、：,二、摩擦阻力的成因與主要特性,則整個平板的摩擦阻力為：,1、摩擦阻力系數(shù),5,,若平板如上圖所示，則平板摩擦阻力系數(shù)為：,6,1）在相同來流條件下，紊流邊界層內速度梯度較大，摩擦切應力較層流情況大，摩擦阻力系數(shù)也較大。,2、摩擦阻力的主要特性,7,當來流速度不變，由x增大引起雷諾數(shù)增大時，界層厚度增加，邊界層內速度分布的豐滿度減小。摩擦切應力和局部摩擦阻力系數(shù)均隨雷諾數(shù)增大而減小。,2）雷諾數(shù)對摩擦阻力的影響,當x一定，由v增大引起

3、雷諾數(shù)增大時，界層厚度減薄，邊界層內速度分布的豐滿度增大。摩擦切應力隨雷諾數(shù)增大而增大。,當雷諾數(shù)增大時，摩擦阻力系數(shù)和局部摩擦阻力系數(shù)均隨之減少。,8,如果流體介質給定，當界層內的流動狀態(tài)固定時，則摩擦切應力為常數(shù)。顯然板長為L的平板摩擦阻力的值正比于平板的濕面積。,3）摩擦阻力與平板濕面積的關系,這一結論對研究船體形狀以減小濕面積從而降低摩擦阻力具有實際意義。,9,三、船體邊界層,1、邊界層外緣勢流不同2、界層內縱向壓力分布不同,

4、10,§2-2 平板摩擦阻力系數(shù)計算公式,所謂相當平板，就是具有相同運動速度、相同長度、相同濕表面積的平板和船體的摩擦阻力相同。但實際船體表面不是平板，而是有曲度的，同時船體表面還有粗糙度等。因此，用相當平板理論計算得到的摩擦阻力與實船的摩擦阻力有差異。,目前還沒有直接計算船體摩擦阻力的可靠公式，工程上主要采用相當平板理論確定船體摩擦阻力。,11,一、光滑平板層流摩擦阻力系數(shù)公式,二、光滑平板紊流摩擦阻力系數(shù)公式,1、速度為指

5、數(shù)的計算公式,12,2、速度為對數(shù)的計算公式,1）桑海公式,2）柏蘭特-許立汀公式,13,3）休斯公式,3、平板摩擦阻力的普遍公式,14,三、1957ITTC公式,四、過渡流平板摩擦阻力計算公式,15,§2-3 減少摩擦阻力的方法,一、減小船體濕表面積,由于摩擦力的大小正比于船體濕表面積，因此船型參數(shù)、特別是主尺度的確定要適當。,二、減小船體表面粗糙度,三、控制邊界層,四、采用聚合物溶液降阻劑及仿生學研究,16,§2

6、-4 船體摩擦阻力的計算步驟,一、計算公式,二、具體計算步驟,1、計算濕表面積,17,1）有線型圖時,2）無線型圖時，利用近似公式計算,18,（1）荷蘭瓦根寧船池經(jīng)驗公式,（2）我國長江船型的近似公式計算,（3）交通部船舶運輸科學研究所的江船公式,19,（4）利用桑地圖譜,20,2、計算雷諾數(shù),3、根據(jù)光滑平板摩擦阻力公式算出或由相應的表中查得摩擦阻力系數(shù)。,4、決定粗糙度補貼系數(shù)的值。目前我國一般?。?5、計算出船舶的摩擦阻力：,21

7、,§2-5 粘壓阻力的成因與特性,一、船體粘壓阻力產(chǎn)生的原因,粘壓阻力產(chǎn)生的原因是由于粘性作用和物體后部的縱向壓力梯度 。,22,二、粘壓阻力特性,1、粘壓阻力與后體形狀的關系,如果船舶的后體收縮較緩和，則沿曲面的流速變化較緩慢，因而縱向正壓力梯度較小，分離現(xiàn)象可以推遲，甚至避免。物體后部形狀是影響粘壓阻力的主要因素。,23,2、粘壓阻力與前體形狀的關系,如果船舶的前體過于肥短，流線擴張很快，流速增加快，在最大剖面處的速度很高

8、，而壓力會降得很低，使得后體范圍的正壓力梯度增加，流動急劇減速，因此粘性阻力將增大。,舭渦的產(chǎn)生使船首底部形成低壓區(qū)，造成埋首現(xiàn)象，還會增加阻力。,24,采用球鼻首是降低剩余阻力的主要方法之一,25,3、界層內流動狀態(tài)對粘壓阻力的影響,層流比紊流更容易分離，分離點比較靠近前端，分離區(qū)較大，因而粘性阻力比紊流情況為大,26,三、降低粘壓阻力的船型要求,1、應注意船的后體形狀。,2、應避免船體曲率變化過大。,3、前體線型應予適當注意。,四、

9、船體粘壓阻力的處理方法,1、傅汝德?lián)Q算法：將粘壓阻力并入興波阻力統(tǒng)稱為剩余阻力。,2、上世紀50年代提出的換算法：將粘壓阻力以形狀因子的形式并入摩擦阻力統(tǒng)稱為粘性阻力。,27,§2-6 船舶粘性阻力理論計算概述,一、邊界層理論計算概述,1、積分法：以邊界層的 動量積分方程為基礎，但遇到的困難是無法求出邊界層內的速度分布，往往在計算之前先假定某種速度分布形式。,2、微分法：直接求解邊界層的偏微分方程，但在求解時須引進所謂湍流模式