第08章 船在限制航道中的阻力.ppt

8.2 狭水道对阻力的影响 1/1 一、船在狭水道和浅水中航行的差别 二、船在狭水道中运动的特点 船在狭水道中与在浅水中航行时的特点基本相同，但由于狭水道宽度方面也受到了限制，所以其特点表现得更为显著。 一、船在狭水道和浅水中航行的差别 1/2 1. 描述狭航道的表征参数： 水深吃水比h/T，相对宽度b/B(或b/L)，断面系数F/Am。式中：b 狭水道的宽，h 狭水道深，F 水道剖面面积； B 船宽、L船长、T吃水，Am船中横剖面面积。 2. 回流和兴波情况：船在狭水道中航行时，不仅回流速度较浅水时有明显变化，且侧壁还导致散波反射，并与船体波系相互叠加，使兴波阻力发生变化。 船在狭水道和浅水中航行的差别 2/2 3. 阻力曲线的特点：船在狭水道中阻力曲线，在Frh＝1.0附近存在临界区，在该区域内阻力值有极为明显的增加；而临界区的范围与狭水道的宽度、船型有关。 在相同情况下，若狭水道宽增加，临界区域变窄；当趋于无限宽时，则仅在临界速度时最高，即为浅水问题，所以浅水可以看作是狭水道的特例。 船在狭水道中高速航行，特别在临界区航行时，不但阻力很大，而且由于波浪冲刷可能损毁堤岸，破坏河床，所以狭水道中航行的船大多为低速船，极少有接近或超过临界速度的。 讨论矩形横截面狭水道中绕静止船的流动问题，假定船体横剖面沿船长变化小，船体无纵倾，船的傅汝德数 Fr较小，可忽略兴波对水面变形的影响。则: 由连续方程得：bhvs=(bh-Am-b△h)vm (8-13) 由伯努利方程：ρg△h=ρ(vm2-vs2)/2 或：△h=(vm2-vs2)/2g (8-14) 二、船在狭水道中运动的特点 1/7 狭水道中速度方程 由式(8-13)和(8-14)，最终得： 2/7 式中: c =√gh , m=Am/bh 称为阻塞系数。 当参数m=常数，给定 vs/c，上式是关于vm /c的三次方程。 狭水道中速度方程 3/7 图为m=Am/bh=0.1时方程的解。可见对应一个vs/c，速 度vm/c 可有两个值，其中虚线部分仅是数字解，实线才是实际解。A、B对应的速度v1、v2 分别称为第一 和 第二临界速度。而 v1＜v＜v2 的速度区域为临界区域。 故船在狭水道中航行，按船速可分为如下三个区域： 1. 亚临界速度区 4/7 在 vs/c v1/c 区域内，水相对船体的速度vm大于船速vs，因而有回流速度△vs = vm-vs。狭水道的回流速度较浅水大，摩擦阻力有较大的增加；同时回流速度增加，使狭水道中沿船体纵向压降增大，由于压降的增大，不但可 能引起边界层分离，且使兴波的波幅较浅水情况大。 亚临界速度区 5/7 试验表明：在较低速时，主要是粘性阻力增加；但Frh 0.5 时，则主要是兴波阻力的增加，特别是当船速接近v1时，独波以船速一起前进，船体兴波阻力急剧增加。 由于回流速度比浅水时大，故相应的压降比浅水大，从而船体下沉和尾倾比浅水时大，以致可能有船底与河底相撞的危险。特别是航速较高时，不但这种危险性增大，而且船体阻力增加很大。 兴波对航道的破坏作用相当明显，为此，狭水道中航行的船舶，其航速都受到限制，要求 vs 0.55√gh。 2. 临界速度区域 6/7 v1/cvs/cv2/c，绕船体的流动既复杂又不稳定。当航速超过v1后，船体阻力增大的情况变得较为缓慢，直至达到v2值，阻力达到最大值。总的看，整个临界速度区域内，由于流态不稳定，船的浮态也很不稳定。 3. 超临界速度区域 v2/cvs/c，与亚临界区域相反，由于vm/c vs/c，出现负的回流速度，水相对船体的速度小于船速。此时不但摩擦阻力较深水情况为小。且横波已跟不上船速，在船体附近仅剩下扩散逐渐缩小的散波，因而该区域内的阻力反而骤然下降。由于水与船体相对速度减小，所以水面升高，船体正浮，纵倾角也较临界速度区减小。 7/7 8.3 确定浅水阻力的方法 1/1 一、许立汀中间速度法 二、阿普赫金法 确定浅水阻力或狭水道阻力的最好方法是进行船模试验；但相当多的船模试验池往往不具备该类试验的条件。因此常用近似方法估算。 一、许立汀中间速度法 许立汀根据理论分析和大量船模试验结果，提出对给定的船舶，在已知深水阻力的基础上，只要分别计及浅水对兴波和流场的影响，就可得到浅水中阻力值。浅水对兴波影响用浅水中的波速损失 △c 表