表面粗糙度和船体摩擦阻力

(一)引言表面粗糙度和摩擦阻力的关系,一般都引用柏兰特——许立汀的平板均匀砂粒粗糙面的试验结果[1]*;在全部粗糙区域内,摩擦比阻力与雷氏数值无关,而仅随相对砂粒粗糙度 k/L 变更。由于近年来各方面船舶试航和漆面平板的阻力试验,所得结果,都与柏兰特——许立汀氏所得的规律不符;因而认为船体表面的粗糙情形,与砂粒粗糙面的情况,有所不同。故表面粗糙度对于船体摩擦阻力的影响,争论甚多;各持一端,莫衷一是。     

船舶阻力的相关系数及其应用

在船模拟试验和分析和基础上，提出船模阻换算为实船阻力时可应用相关阻力系数的方法。相关系数法综合考虑了实船和船模的粗糙度和船模的尺度效应，因此其估算的实船阻力一因次法和三因闪法具有更高的严谨。     

形状阻力及尺度效应

各船模试验池所试验出来的结果,往往不能完全相同,其原因之一是水池尺度和船模大小不同,因此有不同的池底池壁干扰程度和船模尺度效应。从船模试验的结果换算至另一尺度的船模,往往有一差额,其原因之一是换算的方法尚不够精密准确。本文讨论了这二个问题。着重说明形状阻力的组成和其求得的方法。用8组几何相似形船模进行分析,观察其形状阻力和尺度的效应。用了二个平板摩擦阻力公式,即帕兰脱——许立去丁和第8届国际船模试验所所长会议议决的公式,分别计算,以视其有无差异。从这些相似船模组系的分析,形状阻力是否是平板摩擦阻力的一个固定百分比,还是一个与雷氏数值无关的固定常数,殊难定论,亦即在现阶段仍用弗罗特的计算方法,把状形阻力纳入剩余阻力中来处理是合理的。不论用形状阻力因数k 为一个正数或为零,从一组相似船摸中的一个船模试验结果换算至男一个尺度相差3—4公尺的船模,其阻力数据相差达3—4%左右。     

海洋污损对船体摩擦阻力影响的预测方法

海洋污损对船体阻力具有严重的不利影响.文章将海洋污损归类到船体粗糙度的范畴内,基于边界层积分法研究了污损对船体摩擦阻力影响的预测方法.通过对光滑平板摩擦阻力系数的计算验证了积分法的准确性.然后采用积分法对美军FFG-7舰在3种钙质污损状况下的摩擦阻力系数进行了计算,计算结果与国外学者的研究结论吻合得较好,说明了积分法预测污损对船体摩擦阻力的影响具有可行性,且准确性较高.最后将积分法在FFG-7舰的计算结果与1957-ITTC公式及其粗糙度补贴系数ΔCf进行了对比,结果表明ITTC提出的ΔCf公式不适于表征污损对船体阻力的影响.     

海洋污损对船体摩擦阻力影响的预测方法（英文）

海洋污损对船体阻力具有严重的不利影响。文章将海洋污损归类到船体粗糙度的范畴内,基于边界层积分法研究了污损对船体摩擦阻力影响的预测方法。通过对光滑平板摩擦阻力系数的计算验证了积分法的准确性。然后采用积分法对美军FFG-7舰在3种钙质污损状况下的摩擦阻力系数进行了计算,计算结果与国外学者的研究结论吻合得较好,说明了积分法预测污损对船体摩擦阻力的影响具有可行性,且准确性较高。最后将积分法在FFG-7舰的计算结果与1957-ITTC公式及其粗糙度补贴系数△C_f进行了对比,结果表明ITTC提出的△C_f公式不适于表征污损对船体阻力的影响。     

摩擦阻力的基础理论

(一)引言船体摩擦阻力的计算,都根据平板阻力。而平板阻力,则在层流,变流,乱流以及粗糙表面时的情况下,各不相同。研究这些情况下的平板阻力,涉及流体动力学中诸问题,一般造船书籍中,仅引用公式,无系统的诱导和说明。而普通流体动力学书籍中所载,很多牵连过广;可是对造船中的需要,却又多「语焉不详」,或甚至不提。近年来船舶阻力之研究,已使造船学者日渐注意各种阻力的基础理论;「船舶流体动力学」之内容,     

近似计算光滑船体粘性阻力的一种新方法

本文职边界层理論为基础,对光滑船体粘性阻力的两个分量,即摩擦阻力和粘性压阻力的成因及性质作了仔細地分析。作者提出了一套計算它們的新方法:光滑船体之粘性压阻力与船体本身的摩擦阻力成正比,且比例系数与雷諾数无关,而仅取决于船体的形状;船体本身的考虑了曲度影响的摩擦阻力,可用“相当迴轉体”換算。将所建議的計算方法用于胜利輪,由模型系列試驗结果的分析可以得出結論:新方法此現有的几种計算方法能給山更好的近似結果。     

超细长三体船阻力计算研究

主船体为超细长体,两侧配置两个小侧体而形成的三体船是一种很有潜力的新船型,近年来已引起了广泛的关注。本文对三体船的阻力原理进行了分析,以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力,采用“1＋k”的方法计算形状阻力;采用线性兴波阻力理论建立三体船的兴波阻力计算方法,提出了一套计算三体船阻力的完整方法。经与船模试验结果比较,采用本方法预报三体船的阻力,Cw的计算结果可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响,计算结果比较接近实际情况,具有一定的可靠性,可用于该船型的阻力预报。     

期刊信息推荐

期刊名称:《船舶工程》2 0 0 4 / 2文章名称及作者姓名:“大洋一号科学考察船动力定位系统的设计”　何崇德摘要:船舶动力定位系统的应用近年在国外发展迅猛,在国内也引起了愈来愈多的关注。我国“大洋一号”船于2 0 0 2年增设了动力定位系统,成为达到国际先进水平的现代化远洋科学考察船。本文介绍了该船动力定位系统的设计要点,对于国内船舶动力定位系统的应用与发展有一定借鉴意义。期刊名称:《船舶工程》2 0 0 4 / 2文章名称及作者姓名:小水线面双体船粘性流数值模拟　许辉　邹早建摘要:利用商业软件FL UENT对一小水线面双体船( SWATH)的粘性绕流进行数值模拟,得到了不同航速下的三维粘性流场和粘性阻力,通过对计算结果的分析、比较,验证了FL UENT用于预报小水线面双体船粘性阻力和伴流分布的有效性和实用性。期刊名称:《船海工程》2 0 0 4 / 2文章名称及作者姓名:SWATH阻力的数值计算方法及其性能试验　冯大奎　程尔升摘要:用七次幂多项式拟合片体线型和主体横剖面面积曲线,以线性兴波阻力理论为基础计算兴波阻力;以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力;采用“1 k”的方法计算形状阻力,提出了SWA...     

气层作用下几何相似滑行艇的阻力换算方法研究

通过对有气层时滑行艇总阻力的量纲分析．指出艇型一定的滑行艇气层减阻率为容积傅氏数、无量纲气流量系数、气穴面积分布率以及雷诺数的函数，并可简化为气穴面积分布率与无气层时摩擦阻力与总阻力之比的乘积。提出了几何相似滑行艇之间阻力换算的“计及气穴面积分布率修正的二因次阻力换算法”，通过对两条尺度不同、几何相似的滑行艇模型试验，验证了该方法的可靠性。     

梭形潜水器阻力特性计算分析

本文提出一种梭型潜水器外形方案,利用CFD方法,对潜水器周围粘性流场进行仿真计算,获得了梭型潜水器的阻力特性,并对比分析了型长、型宽和型深变化对潜水器阻力性能的影响规律。计算结果表明,梭型潜水器的摩擦阻力系数比“相当平板”的摩擦阻力系数略大;当去流段长度超过型深的5倍后,粘压阻力系数的变化趋于平缓,型宽和型深对粘压阻力系数的影响变得很小;若要降低梭型潜水器阻力,则应减小进流段长度,并将去流段长度取为型深的3～4倍。     

船舶阻力的三因次换算方法

船舶阻力的换算方法是船舶阻力学科的基础。六十年代以前,各国水池一直沿用传统的傅汝德方法(也称船舶阻力的二因次换算方法),所得结果一般尚能与实际接近,但严格地从物理意义上讲,傅汝德方法是不够合理的。随着肥大船型的发展,傅汝德换算方法的不合理性愈益突出,因为在与实船试验结果分析比较时,常出现负值粗糙度补贴(即船模实船换算补贴)。这样,早在1954年由Hughes提出的三因次换算方法又重新得到人们的重视。     

SWATH阻力的数值计算方法及其性能试验

用七次幂多项式拟合片体线型和主体横剖面面积曲线，以线性兴波阻力理论为基础计算兴波阻力；以“相当平板’’假设为基础计算摩擦阻力；采用“1 k”的方法计算形状阻力，提出了SWATH阻力的完整方法。与船模试验结果比较得出：采用本方法预报SWATH的阻力比较接近实际情况。     

三因次船舶阻力换算方法中确定形状因子的探讨

本文是对三因次船舶阻力换算方法中确定形状因子的初步探讨。应用在上海交通大学船模试验水池试验的24,000吨油船五艘几何相似船模的公开发表数据,分别用几何相似船模的方法、Prohaska方法和15届ITTC建议的方法以计算形状因子。主要结论是:由15届ITTC方法得出的总阻力系数的均方差较Prohaska方法为小,又较接近于用几何相似船模方法得出的结果。     

基于CFD的实船阻力快速预估方法

介绍了一种实船阻力快速预报的方法,通过数值计算得到形状因子(1+k)以及兴波阻力系数,结合实船试航积累的模型-实船相关系数,快速预报船舶的阻力性能。对两型不同类型的船舶应用该方法预报其设计工况附近的阻力性能,预报结果得到实船试航结果的验证,表明该方法具有值得期待的工程应用前景。     

双桨船Lucy Ashton轴系附体阻力的尺度效应

本文对Lucy Ashton带附体美人架和轴包架的几何相似船模试验结果重加分析。分别将带附体的和相应裸体的船模阻力试验结果绘成以C_r为纵坐标对C_F为横坐标的Froude数等值线。假定: C_r=(1 k)C_F C_W可发现全部Froude数等值线都是直线。可见三因次外插法可推广应用于带轴系附体的船模。 带轴系附体船模与相应裸体船模的1 k之差,乘以足足C_F后,可认为是轴系附体的粘性阻力系数。带轴系附体船模与相应裸体船模的C_w之差可认为是轴系附体的兴波阻力系数。以上粘性阻力系数和兴波阻力系数之和可认为是足尺轴系附体的总阻力系数。 由此三因次外插法计得的足尺轴系附体总阻力系数与由实船试验测得者间的最大误差可发现小于10％。假定船的附体阻力为裸船体阻力的10％,则最大误差小于裸船体阻力的1％。可见应用三因次外插法预估轴系附体阻力可给出十分满意的结果。     

船艉线型对船舶阻力性能的影响

以船体阻力性能为优化对象,基于改造母型船法,分析船艉线型的改变对船舶阻力性能的影响。根据船舶主要参数设计要求,参考同类船型,利用Tribon-Lines模块对船舶艉部型线进行改造,生成两种方案船型,并通过CFX软件对母船型以及方案船型进行粘性绕流场的数值模拟,讨论不同航速下艉部线型对船体总阻力的影响。研究结果表明,在以船体阻力性能为优化对象时,选优后的方形艉在相同的航速下阻力低、消耗的功率小、形状效应小、粘压阻力和摩擦阻力也相对较小。     

长江客货船船模系列试验

长江客货船船模系列试验的主要对象是长江干线双桨客货船。对长江短途区间班轮和船型类似的内河船舶,也可参考使用。其船型参数范围如下: δ:0.52～0.64 L/B:4.6～7.0 B/T:3.6～6.0 文章给出了船型和阻力两套主要图谱。阻力图谱在F_n=0.20～0.32的范围内,以剩余阻力系数C_R形式给出。此外,还给出了当设计船舶的水线面系数和系列船型的水线面系数不同时的型值修正值和阻力修正图谱,以及变化吃水状态的阻力修正曲线。所有阻力图谱均用ITTC相关线计算摩擦阻力。文中也给出了将系列船型的阻力值转换到用柏兰特-许立汀(Prandtl-Schlichting)摩擦公式的转换方法。文章还介绍了系列船型与优良实船以及泰勒(Taylor)系列的阻力比较。最后通过一个计算实例介绍了图谱的使用方法。     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

基于模型试验的实尺度立管涡激振动响应预报方法研究

为了研究立管涡激振动模型试验与实尺度立管涡激振动响应之间的相互关系问题,文章从模型试验的相似理论出发,基于涡激振动预报方法的理论分析;通过对模型试验中按照相似理论换算得到的流速进行调整的方法,改变模型立管的涡激振动响应,并逼近实尺度立管的涡激振动响应.结果表明:通过调整试验流速,提高试验的雷诺数,可以使立管模型的涡激振动响应模态数、无量纲振幅RMS(A/D)响应与实尺寸立管很好地符合.针对不同的缩尺比模型,给出了立管模型试验流速与其模拟的真实流速之间的对应关系式.