船舶概论第二章案例实例.ppt

边界层(boundary layer)： 由于水的粘性，船舶运动时带动的船体表面附近一层薄薄的水层。 边界层又叫附面层，是指贴近固壁附近的一部分流动区域，在这部分区域中，速度由固壁处的0速度发展到接近来流的速度，一般定义为在边界处的流速达到来流流速的99%。在这部分区域中，由于厚度很小，故速度急剧变化，速度梯度很大，流体的粘性效应也主要体现在这一区域中。 流速u均匀的流体绕固体表面流动时与壁面直接接触的流体质点受到阻滞，速度降为零。由于有内摩擦作用，相邻流体层的速度减慢，这种影响，由壁面逐层达到流体内部，并沿流动方向不断发展,形成了边界层。通常将速度为99％外流速度（即流速u）的流体层，定为边界层的外边界，外边界至壁面的距离，即为边界层的厚度δ。 边界层厚度沿流体流动方向不断增加，但相对于流体经过表面的长度来说，最大的厚度仍是很小的。对于有限长的物体，边界层厚度约为0.1～10mm。边界层中的流体速度，在很短距离内从零急剧增长到相当于外流速度的数量级，速度梯度很大。因此，在边界层内，粘性作用不能忽略，这是流体运动经受阻力的原因。  The actual thickness of the boundary layer is indeterminate but the point where the forward velocity has fallen to about 1% of what it would be if the water were frictionless is considered to be the outer extremity of the boundary layer. 考察流体绕圆柱体的流动可看到：边界层由A点（称驻点）开始形成，沿流动方向不断增厚；在圆柱体的前半部，通道逐渐缩小。 流体速度u增大而压力p减小，边界层中的流体在顺压作用下向前流动；在柱体后半部，从B点开始，通道逐渐扩大，流体速度降低，压力增加，沿流动方向产生了逆压，阻碍流体前进；边界层流体在粘性摩擦和逆压的双重作用下，动能不断下降，到C点消耗殆尽，壁面附近的流体速度降为零。离壁面稍远的流体质点，受外流带动，具有较大的动能，流过较长的距离直至C′点速度方降为零。 CC′以下的流体，在逆压作用下发生了倒流，并将相邻流体外挤，形成脱离圆柱体的边界层，这一现象称边界层分离，C点称分离点。倒流的流体与CC′以外继续前进的流体之间产生大量旋涡，构成尾涡区。尾涡区压力低，使圆柱体前部和后部的压力分布不对称，这就形成了压差阻力，产生兴涡阻力，或称为形状阻力。 水阻力 附体(appendage)阻力 裸体阻力 粘性阻力 (viscous resistance) 摩擦阻力 (frictional resistance) 兴波阻力 (wave-making resistance) 形状阻力 (eddy-making resistance) 空气阻力 总阻力 确定阻力的方法 近似估算 由主机功率确定 阻力与航速的关系 摩擦阻力与航速的1.825次方成正比；兴涡阻力与航速的2次方成正比；兴波阻力与航速的4～6次方成正比。 低速船（Fn0.2)，摩擦阻力占70%以上；高速船（Fn0.3)，兴波阻力所占比重大，有时可达50%。 船舶阻力 (resistance) 减小阻力措施 中低速船舶 —— 降低摩擦阻力 高速船舶 ——减小兴波阻力 Frictional resistance is proportional to the product of water density, area of contact with the water, square of water speed relative to the ship, and a friction coefficient. This resistance can be minimized by reducing the area of a hull’s wetted surface, but usually very little can be accomplished in th face of many other demands on hull size and shape. A smooth surface is an obvious factor in reducing friction ,but a surface that is smoother than ordinary painted steel has a benefit that is trivial compared to its cost. 船舶推进 (propulsion) 推进是