船舶阻力第4章船模阻力试验.ppt

1船舶阻力第四章船舶阻力第四章 船模阻力试验船模阻力试验船模试验是研究船舶阻力最普遍的方法。船模试验是研究船舶阻力最普遍的方法。目前目前船舶设计中应用的优良船型资料、估算公式和船舶设计中应用的优良船型资料、估算公式和图谱等绝大多数是由船模试验结果得到的。图谱等绝大多数是由船模试验结果得到的。近年来，虽然计算流体力学等发展迅速，但理近年来，虽然计算流体力学等发展迅速，但理论计算结果和新船型的设计是否能取得预期的论计算结果和新船型的设计是否能取得预期的效果都需要船模试验来验证。因此，效果都需要船模试验来验证。因此，船模试验船模试验仍然是船舶性能研究中最普遍和最有效的方法仍然是船舶性能研究中最普遍和最有效的方法24-1 4-1 船模试验的目的和设备船模试验的目的和设备一、试验目的一、试验目的主要研究船模在水中等速直线运动时所受到的主要研究船模在水中等速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。作用力及其航行状态。1 1、船型研究；、船型研究；2 2、确定设计船舶的阻力性能；、确定设计船舶的阻力性能；3 3、预报实船性能；、预报实船性能；4 4、系列船模阻力试验；、系列船模阻力试验；5 5、研究各种阻力成分试验；、研究各种阻力成分试验；6 6、附体阻力试验；、附体阻力试验；7 7、流线试验；、流线试验；8 8、航行状态的研究。、航行状态的研究。31 1、重力式船模试验池、重力式船模试验池重力式船模试验池是早期用于进行小船模阻力重力式船模试验池是早期用于进行小船模阻力试验的简陋设施。试验的简陋设施。重力式船模阻力试验是在给定阻力情况下，测重力式船模阻力试验是在给定阻力情况下，测定相应的船模速度。这种水池仅能进行小船模定相应的船模速度。这种水池仅能进行小船模的阻力试验，无法满足现在对船舶性能研究的的阻力试验，无法满足现在对船舶性能研究的需要，因此已基本淘汰。需要，因此已基本淘汰。二、船模试验池二、船模试验池42 2、拖车式船模试验池、拖车式船模试验池51 1、实现全相似的条件、实现全相似的条件若满足傅汝德数相等，则有：若满足傅汝德数相等，则有：三、船模阻力试验的依据三、船模阻力试验的依据若满足雷诺数相等，则有：若满足雷诺数相等，则有：6若傅汝德数和雷诺数同时相等，则有：若傅汝德数和雷诺数同时相等，则有：假设，缩尺比为假设，缩尺比为3636，则有：，则有：结论：结论：满足全相似条件是不现实的。满足全相似条件是不现实的。72 2、试验职能按部分相似的情况下进行、试验职能按部分相似的情况下进行事实上不能若满足雷诺数相等，因为：事实上不能若满足雷诺数相等，因为：假设运动粘性系数相等，则有：假设运动粘性系数相等，则有：8实际上，船模阻力试验都是在满足重力相似条实际上，船模阻力试验都是在满足重力相似条件下，即满足傅汝德数相等的情况下进行。件下，即满足傅汝德数相等的情况下进行。在满足傅汝德数相等的基础上，尽可能的兼顾在满足傅汝德数相等的基础上，尽可能的兼顾满足粘性相似。船模试验的雷诺数必须在满足粘性相似。船模试验的雷诺数必须在2 2*10106 6以上。以上。实际上，要在船首处安装激流装置，使船体边实际上，要在船首处安装激流装置，使船体边界层中的水流处于紊流状态。界层中的水流处于紊流状态。94-2 4-2 船模与实船的阻力换算船模与实船的阻力换算一、二因次换算法一、二因次换算法1 1）假定船体总阻力可以分为摩擦阻力和剩余阻）假定船体总阻力可以分为摩擦阻力和剩余阻力两部分，且摩擦阻力和剩余阻力相互独立。力两部分，且摩擦阻力和剩余阻力相互独立。1、假定、假定102 2）相当平板假定：假定船体的摩擦阻力等于同）相当平板假定：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。速度、同长度、同湿面积的平板摩擦阻力。2、二因次换算关系、二因次换算关系113、二因次法的不足之处、二因次法的不足之处1）忽略了）忽略了摩擦阻力和剩余阻力之间的相互影摩擦阻力和剩余阻力之间的相互影响，而事实上，两者互相之间由于影响。响，而事实上，两者互相之间由于影响。但但一般认为影响较小，且目前无可靠的计算方一般认为影响较小，且目前无可靠的计算方法，所以在工程应用中忽略不计。法，所以在工程应用中忽略不计。2）将摩擦阻力和粘压阻力这两种不同性质的）将摩擦阻力和粘压阻力这两种不同性质的力合并为剩余阻力，且认为符合傅汝德比较力合并为剩余阻力，且认为符合傅汝德比较定律，在理论上是不恰当的。定律，在理论上是不恰当的。123）用相当平板的摩擦阻力来代替船体摩擦阻）用相当平板的摩擦阻力来代替船体摩擦阻力，误差是必然存在的。力，误差是必然存在的。注意：注意：二因次法虽有不足之处，但由于误差二因次法虽有不足之处，但由于误差较小，尚能比较准确的满足工程实际需要，较小，尚能比较准确的满足工程实际需要，故此方法具有工程应用价值，曾被广泛采用故此方法具有工程应用价值，曾被广泛采用，现在仍被一些试验池继续采用。，现在仍被一些试验池继续采用。13二、三因次换算法二、三因次换算法1 1）粘压阻力和摩擦阻力合并为粘性阻力并）粘压阻力和摩擦阻力合并为粘性阻力并与雷诺数有关。与雷诺数有关。1、基本思想、基本思想2 2）兴波阻力与傅汝德数有关。）兴波阻力与傅汝德数有关。3 3）根据船模试验结果，认为粘压阻力系数）根据船模试验结果，认为粘压阻力系数与摩擦阻力系数之比是一常数与摩擦阻力系数之比是一常数k k，则有：，则有：141515届届IITTCIITTC推荐的（推荐的（1+k 1+k）法计算式：）法计算式：2、三因次换算法的阻力换算关系、三因次换算法的阻力换算关系1 1）无舭龙骨时：）无舭龙骨时：2 2）有舭龙骨时：）有舭龙骨时：15三、两种方法的比较三、两种方法的比较1 1、二因次换算二因次换算时，摩擦阻力有相当平板公式计时，摩擦阻力有相当平板公式计算，模型试验所要解决的是船模的剩余阻力。算，模型试验所要解决的是船模的剩余阻力。2 2、三因次换算三因次换算时，摩擦阻力有相当平板公式计时，摩擦阻力有相当平板公式计算，模型试验所要解决的是船模的兴波阻力和算，模型试验所要解决的是船模的兴波阻力和形状因子（形状因子（1+k 1+k）。）。此法更完善。此法更完善。164-3 4-3 几何相似船模组试验几何相似船模组试验1、验证傅汝德假定的正确性、验证傅汝德假定的正确性集合相似船模组试验是指几何相似而大小不集合相似船模组试验是指几何相似而大小不等的一系列船模的总称。作用有等的一系列船模的总称。作用有2、确定形状因子、确定形状因子3、研究推进效率中各成分的尺度作用、研究推进效率中各成分的尺度作用17一、验证傅汝德假定的正确性一、验证傅汝德假定的正确性182、确定形状因子、确定形状因子（1+k 1+k）19203、比较不同算法的合理性、比较不同算法的合理性214-4 4-4 船模阻力数据表达法船模阻力数据表达法为了对所设计的船舶能更方便地进行为了对所设计的船舶能更方便地进行船船体阻力换算体阻力换算以及以及不同船型之间比较阻力不同船型之间比较阻力性能的优劣性能的优劣，需要将船模试验所得的阻，需要将船模试验所得的阻力（或功率）与速度之间的关系，以力（或功率）与速度之间的关系，以一一定的参数、恰当的形式定的参数、恰当的形式来表达，这称为来表达，这称为船模阻力系数表达法。船模阻力系数表达法。22一、泰洛表达法及其换算关系一、泰洛表达法及其换算关系1、232、24二、傅汝德圆圈系数法及其换算关系二、傅汝德圆圈系数法及其换算关系1 1、速度表达系数、速度表达系数速度系数：速度系数：252 2、阻力表达系数、阻力表达系数3 3、船体几何尺度表达系数、船体几何尺度表达系数26三、比较不同船型的阻力系数三、比较不同船型的阻力系数只有对大小只有对大小相同的船舶相同的船舶，在相同，在相同的条件下才的条件下才能准确地判能准确地判别船型的优别船型的优劣。劣。1 1、傅汝德表达法比较阻力性能、傅汝德表达法比较阻力性能27282 2、泰洛表达法比较阻力性能、泰洛表达法比较阻力性能由于由于 表达法只要换算到相同表达法只要换算到相同船长情况下的对应曲线，就可以比较不船长情况下的对应曲线，就可以比较不同船型的阻力性能。这样在相同的傅汝同船型的阻力性能。这样在相同的傅汝德数时的阻力性能的比较，实际上就是德数时的阻力性能的比较，实际上就是在相同速度下对不同船型阻力性能的比在相同速度下对不同船型阻力性能的比较。若在设计时船长和速度已知，则在较。若在设计时船长和速度已知，则在相应的傅汝德数处绘一垂线，即可得对相应的傅汝德数处绘一垂线，即可得对应的优良阻力性能船型。应的优良阻力性能船型。