船舶阻力与推进

船舶快速性船舶阻力部分1船舶阻力部分复习题一、名词解释1.结构粗糙度：结构粗糙度又称局部粗糙度，是船体表面粗糙度的一类。主要为焊缝、铆钉、开孔以及突出物等粗糙度。2.兴波长度：船首横波的第一个波峰和船尾横波的第一个波峰之间的距离。3.兴波阻力：船体在运动过程中兴起波浪，这种由波浪引起的压力分布的改变所产生的阻力叫做兴波阻力。4.污底：船下水后船体水下部分因长期浸泡在水中，出钢板被腐蚀外，海水中的生物，如贝类、海藻等将附着在船体上生长，使船体表面粗糙不平，大大增加了船体表面的粗糙度，阻力增加很大，这种现象称为污底。5.形状效应：由于船体弯曲表面影响使琪摩擦阻力与相当平板计算所得的结果有差别，这种差别叫做形状效应。6.尺度效应：由于模型与实船（或实浆）之间绝对尺度不同，且不能同时满足所有的有关的动力相似定律，因而引起某些力、力矩或压力系数甚至流态等性能方面的差别。这种差别称为尺度效应。7.失速：由于波浪阻力增值的存在，如保持静水中相同的功率时，航速必然会有所下降，这种航速的减小称为速度损失，简称失速。8.附加阻力：船的各种附属体受到水的阻力、水面以上的船体受到空气阻力、风浪使船的阻力相对静水时有一定增加。由这三种因素产生的阻力合成为附加阻力。9.船舶快速性：研究船舶尽可能消耗较小的机器功率以维持一定航速的能力的科学；或者说是在给定主机功率时，表征船舶航行速度快慢的一种性能。10.普遍粗糙度：又称漆表面粗糙度，主要是油漆表面的粗糙度和壳板表面的凹凸不平等。11.储备功率：考虑到波浪中的阻力增值，如要维持静水中的相同航速，则必须较原静水功率有所增加，所增加的功率称为储备功率。二、简答题1.傅汝德假定是什么？琪不合理之处是什么？1)假定船体总阻力可以分为独立的两部分：一为摩擦阻力Rf，至于雷诺数有关；另一个为粘压阻力Rpv与兴波阻力Rw合并后的剩余阻力Rr，至于傅汝德数有关，且适用比较定律。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，通常称为平板假定不合理之处：1)傅汝德把船体阻力机械地分为两个独立部分。一部分仅与重力或傅汝德数有关；另一部分仅与粘性或者雷诺数有关。忽略了两者的相互影响。2)傅汝德将兴波阻力和粘压阻力这两种不同性质的阻力成分合并为剩余阻力，并认为符合傅汝德船舶快速性船舶阻力部分2比较定律，在理论上是不恰当的。3)船体形状是相当复杂的三因次物体，琪周围流动情况与平板相比显然有一定的差别。因为用相当平板的摩擦阻力来代替船体的摩擦阻力，必然是有误差的。2.休斯假定是什么？平板的几何形状不相似，也就是琪展弦比，即宽度与长度比B/L不相等时，琪摩擦阻力系数应该是雷诺数和B/L两者函数。3.写出公式𝐏𝐞𝐞=𝐏𝐞𝐞(𝟏+𝐊𝐞𝐞+𝐊𝐞𝐞)（𝟏+𝐊𝐞𝐞）每个字母的含义。Pew：计及波浪中阻力增值等因素后实际有效功率Peb：裸船体所需的有小功率Kap：附体阻力系数Kaa：空气阻力百分数Kaw：计如附体阻力、空气阻力、所需静水航行功率以后在增加的功率百分数4.船行波是由哪些波系组成的？琪特点是什么？船行波的组成：船行波由与单个压力点兴波图形相似的首波系和尾波系组成，每一个波系均有各自的横波系和散波系。特点：1)首横波通常在首柱稍后处始于波峰，二为横波在尾柱之前始于波谷。在船后首尾两横波系相叠加，组成合成横波；二两波系中的散波系各不相混，清楚地分开。2)船行波的另一特点是船波随船一起前进。5.从阻力的角度考虑，如何选取船舶的∆/(𝟎.𝟎𝟏𝐋)𝟑？1)低中速船的∆/(0.01L)3宜取适当大一些；随着航速增大，则应降低∆/(0.01L)3值，对阻力的影响是有利的；2)高速船的∆/(0.01L)3较低速船要小得多，所以高速船船型瘦长，低速船短而肥；3)由于∆/(0.01L)3的变化对摩擦阻力和剩余阻力两种阻力成分产生相反的影响，因此实际上对于给定航速的船存在一个对应于最低阻力的∆/(0.01L)3最佳值。而对于不同航速应该存在∆/(0.01L)3的最佳曲线。6.船体阻力按能量观点如何分类？总阻力Ri是由兴波阻力Rw和粘压阻力Rr两部分组成。这两部分力归因于尾流及波形能量消耗。7.什么是比较定律？兴波阻力相似定律又称傅汝德比较定律。即：形似船在相应速度时（或相同Fr时），单位排水量兴波阻力必然相等。Rws=Rwm∙∆s∆m或者Rws∆s=Rwm∆m=常数。8.什么是雷诺定律？粘性阻力相似定律又称雷诺定律。即：平板摩擦阻力系数Cf仅仅是雷诺数函数，当雷诺数相同时，船舶快速性船舶阻力部分3则摩擦阻力系数必然相等。Cv=Rv12ρv2s=f（Re）和Cf=Rf12ρv2s=f（Re）9.兴波阻力与波高的关系是什么？兴波阻力与波高的平方和波宽成正比关系。Rw=14ρgA2b=116ρgH2b10.船模试验时，在船模上加激流丝的目的是什么？人工激流法就是认为地使船模处于与实船相同的紊流状态所采取的措施。琪目的是：消除船模首部层流段对阻力试验和换算准确性的影响。11.船模阻力试验时，为什么不能实现全相似？单一满足雷诺数相等是否可行？为什么？根据全相似条件，雷诺数和傅汝德数同时相等时有γm=γs（LmLs）23，下表m、s分别代表船模和实船。设实船尺度比α=LsLm=36，带入上式可得γm=γs216，即要求水池水的粘性系数是实船航行介质的216分之一，不切实际；若满足试验时满足粘性系数相差不大γm=γs，除非α=1即Lm=Ls，意味着实船在试验池试验，也不可能。单一满足雷诺数相等也是不可行的。因为Rem=Res，则有Vm=αVsγmγs，琪中α是船模缩尺比。因为粘性系数相近，假定γmγs=1，得Vm=αVs，有余船模均要比实船缩小十几倍，因此要求船模的速度较实际船速大几十倍。12.球鼻艏的减阻机理是什么？1)减小兴波阻力（对于中高速船）：在一定速度范围内，球鼻艏产生的波系与船体波系可能发生有干扰作用，合成波地波高将降低，兴波阻力下降。2)减小舭涡阻力（低速肥大船型）：满载时主要是减小首部舭涡。肥大船安装球鼻艏后，在低速时，可使水流近于径向对称流动，船首底部不产生漩涡运动，从而达到降低阻力和减小首埋现象的目的。3)减小破波阻力（低速肥大型船）：压在是主要是减小破波阻力。安装球鼻艏后使船首部分前伸，该处横剖面面积曲线的坡度和首部水线进角较小，大大改善了船首柱附近的压力分布，因而缓和了船首破浪情况，从而降低破波阻力。13.试从受力和能量两种观点说明粘压阻力的成因。受力：由于粘性而消耗水质点的动能，导致水质点不能到达船尾，在分离点水质点速度到达零，在增压区的压力差的作用下使流体往回流，迫使边界层外离，导致阶层分离。阶层分离后，船后部形成许多不稳定的漩涡，与水流一起冲向后方，漩涡的产生使船尾部的压力下降，形成首尾压力差，产生的阻力。船舶快速性船舶阻力部分4能量：在船尾部形成漩涡要消耗能量，而一部分漩涡被冲向船的后方，同时船尾处又继续不断的产生漩涡，这样船体就要不断地供给能量，这部分能量的消耗就是以粘压阻力的形式表现的。14.二因次法和三因次法的区别是什么？1)傅汝德算法中，应用平板公式计算船的摩擦阻力，所以可以叫做二因次换算法；而在三因次换算法中引进形状因子以照顾船的三因次流动，所以叫做三因次换算法，又称（1+k）法；2)傅汝德算法将粘压阻力与摩擦阻力合并处理，且认为是雷诺数的函数；3)在三因次算法中适用于比较定律的阻力成分较傅汝德算法大为减小。