船舶阻力-第2章.pptVIP

;第二章粘性阻力;按Froude假定

按相当平板计算;2-1边界层和摩擦阻力;大局部问题可以通过理想流体解释，但有些不行。

典型的事例有D’Alembert谬论〔paradox〕

Prandtl注意到这一点，认识到近固壁处总是粘合的。于是引进了边界层的概念，解释了D’Alembert的谬论，这是定性的奉献。;平板外表上流速为零，随着距平板外表的距离y增加，流速也增大，当y增至时，起处流速到达来流的速度。以内为边界层，粘性对流体的影响只有在这里面，边界层外端可以为是理想势流。边界层理论的重要意义在于，它将流体划分为截然不同的两个局部，并加以分别处理。;对于粘性较小的流体〔数大〕，如水、空气，当流过平板外表时，粘性对流动的影响只存在于平板外表很薄的一层流体内，这说明边界层厚度是极小的。;量阶分析;层内的流动状态取决于局部雷诺数

层流

过渡区

湍流;;边界层外端压力;2-2平板摩擦阻力系数计算公式;;平板上受到的摩擦阻力

局部摩擦阻力系数：;层流Blasius解

L:板长

但

积分存在;虽然层流平板摩擦阻力有精确的计算式，但不适用于造船工程。因为一般船舶的雷诺数在，其对应的流动状态应为湍流边界层。

;内层着重壁面切应力的影响

粘性底层

缓冲层〔过渡层〕

湍流区

外层受主流影响亏损律

重叠内区〔湍流区〕

Coles(1956)对数律

这里=0.48〔平板〕;以上分布式半经验、半理论的，还有用其他公式逼近的，最简单的是幂次律：

采用不同的速度分布近似地整个边界层，如对数律、幂次律、多层分布，其中系数一般应用实验结果校正所得，可得到不同的平板摩擦阻力公式。;对于湍流平板摩擦阻力，可运用Karman动量方程〔1921〕，在边界层内沿法向方向积分而得，是综合效应，也开展成一种数学方法〔积分法〕。

对平板：

这里，动量损失厚度;湍流平板摩擦阻力公式;2.由对数分布得到???

湍流平板摩擦阻力公式;;

;4.ITTC公式〔船模与实船的阻力换算〕;;举例

相当于

层流段占平板总长的，可以认为全部是湍流

但如取模型与实船比为，，

差不多占

模型的层流影响较大;模型的

如平板为全部湍流

P-S公式

ITTC公式

转捩点雷诺数

湍流

层流Blasius公式;这里

Prandtl取A=1700，给出了半经验公式

如果是低速层流段的影响更大，另外一个问题，受背景湍流影响范围大，不是固定数值，造成不确定因素。

为了防止层流的影响，模型船常在首柱后船长的地方装有激流装置〔小钉子〕，使其变成湍流，然后按全湍流计算。;三、船体边界层;平板边界层外流速为船速，而船体边界层外流速随外表弯曲度变化，一般船首尾较小，而其他中间局部较大。

以二维边界层为例，动量积分方程为

动量损失厚度

排挤厚度

是边界层边缘上的速度〔势流速度〕;当船体水流的平均速度较平板大，因此边界层厚度大局部〔船前70%〕比平板要小，这导致速度梯度和摩擦阻力增加。

但当船尾附近，船体边界层变厚，常伴有别离、旋涡现象，这时水流速度较小，摩擦阻力也随之减小。

这样前后相加，船体弯曲度对摩擦阻力的影响并不显著。可用傅汝德的相当平板来计算。这也说明想通过改变船体曲线的方法来减小摩擦阻力，其效果不明显。;定性说明，速度分布用指数分布，曲率影响反映在上