表面粗糙度对船舶水动力性能的影响分析
船舶的水动力性能是指船舶在水中运行时所受到的水力阻力、波浪阻力、摩擦
阻力等。这些阻力对于船舶的速度和油耗有着很大的影响。而船舶表面的粗糙度是影响水动力性能的一个重要因素。本文将分析表面粗糙度对船舶水动力性能的影响，并探究一些提高船舶水动力性能的方法。
一、船舶表面粗糙度对水动力性能的影响
表面粗糙度是指船舶表面的几何形状不规则程度。粗糙度越大，水流通过船体
的摩擦作用就会越大，产生的摩擦阻力就会增加，这会使船舶受到更大的阻力，从而减缓速度。
比如，如果船舶表面有一个小小的凸起，就会产生微小的涡流。这些涡流会增
加水流通过船体的阻力，从而产生更多的摩擦阻力。因此，船舶表面的粗糙度越大，船舶运行时所受到的摩擦阻力就越大，速度就越慢。
除了摩擦阻力，表面粗糙度还会对波浪阻力产生影响。当水流与船体接触时，
会产生波浪。如果船舶表面有一些凸起，波浪就会在凸起处产生更多的阻力。这也会减慢船舶的速度。
二、提高船舶水动力性能的方法
为了提高船舶的水动力性能，可以从以下几个方面入手：
1. 修复船舶表面
一个平滑的表面对于船舶的水动力性能很重要。如果船舶表面不平滑，就需要
对其进行修复。修复的方法有物理剥离、化学剥离、水射流除锈、喷砂除锈等。同时也需要及时保养船舶表面，保持船体的表面光滑度。
2. 使用表面技术
表面技术可以在表面形成具有特定几何形状的微结构，如纳米、微米级别的直线、网格状、凸台、球缘形等。这种微结构可以在船舶表面上形成一层微观几何形状，从而减少表面的摩擦阻力，提高速度。
3. 使用新材料
新材料通常具有更好的耐腐蚀性、耐磨性和耐久性，可以减少表面粗糙度，从
而提高水动力性能。船舶的船体和螺旋桨往往是较容易剥落、腐蚀及产生物理损伤的区域，选择更好的材料可以增加这些区域的耐久性。
4. 优化船体设计
船舶的船体设计也是影响水动力性能的重要因素。在设计时，可以优化船舶的
几何形状，减少凸起、孔洞等，在一定范围内控制表面粗糙度，从而减少船舶所受到的阻力。
结论
通过分析船舶表面粗糙度对水动力性能的影响及提高船舶水动力性能的方法，
我们可以发现，保持表面的平滑度、使用表面技术、选择更好的材料和优化船体设计都是提高水动力性能的有效方法。同时，这些方法也为相关行业提供了发展思路，不断提升表面技术、开发更好的新材料以及优化船体设计，为未来的水运事业提供更多的可能性。
第四章螺旋桨模型的敞水试验 螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为敞水试验，试验可以在船模试验池、循环水槽或空泡水筒中进行。它是检验和分析螺旋桨性能较为简便的方法。螺旋桨模型试验对于研究它的水动力性能有重要的作用，除为螺旋桨设计提供丰富的资料外，对理论的发展也提供可靠的基础。 螺旋桨模型敞水试验的目的及其作用大致是： ①进行系列试验，将所得结果分析整理后绘制成专门图谱，供设计使用。现时各类螺旋桨的设计图谱都是根据系列试验结果绘制而成的。 ②根据系列试验的结果，可以系统地分析螺旋桨各种几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择各种参数，并为改善螺旋桨性能指出方向。 ③校核和验证理论方法必不可少的手段。 ④为配合自航试验而进行同一螺旋桨模型的敞水试验，以分析推进效率成分，比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。 螺旋桨模型试验的重要性如上所述，但模型和实际螺旋桨形状相似而大小不同，应该在怎样的条件下才能将模型试验的结果应用于实际螺旋桨，这是首先需要解决的问题。为此，我们在下面将分别研究螺旋桨的相似理论以及尺度作用的影响。 § 4-1 敞水试验的相似条件 从“流体力学”及“船舶阻力”课程中已知，在流体中运动的模型与实物要达到力学上
的全相似，必须满足几何相似、运动相似及动力相似。 研究螺旋桨相似理论的方法甚多，所得到的结果基本上是一致的。下面将用量纲分析法进行讨论，也就是用因次分析法则求出螺旋桨作用力的大致规律，然后研究所得公式中各项的物理意义。可以设想，一定几何形状的螺旋桨在敞水中运转时产生的水动力(推力或转矩)与直径D (代表螺旋桨的大小)、转速n 、进速V A 、水的密度ρ、水的运动粘性系数ν及重力 加速度g 有关。换言之，我们可用下列函数来表示推力T 和各因素之间的关系，即 T = f 1(D ，n ，V A ，ρ，ν，g )， 为了便于用因次分析法确定此函数的性质，将上式写作： T = k D a n b c A V ρ d ν e g f (4-1) 式中k 为比例常数，a 、b 、c 、d 、e 、f 均为未知指数。 将(4-1)式中各变量均以基本量(即质量M 、长度L 、时间T )来表示，则得： 2T ML ＝f 2e 2 d 3c b a 1?? ? ???? ? ????? ????? ???? ? ??T L T L L M T L T kL 比较上述等式两端的基本因次，可得未知指数之关系为： ?? ? ?? ----=-++-+== f e c b T f e d c a L d M 22:231:1: (4-2) 由(4-2)式中解得： ??? ?? ---=---== f e c b f e c a d 22241 (4-3) 将(4-3)式代入(4-1)式得： T = kD 4-c-2e-f n 2-c-e-2f c A V ρ1νe g f = k ρn 2D 4 f 22e 2 c A g ?? ? ????? ????? ??D n D nD νnD V 式中，c A ?? ? ??nD V 、e 2 ??? ??nD ν、f 22g ??? ??D n D 均为无因次数。从而可以推想到更普遍一些的写法是
表面粗糙度对船舶水动力性能的影响分析 船舶的水动力性能是指船舶在水中运行时所受到的水力阻力、波浪阻力、摩擦 阻力等。这些阻力对于船舶的速度和油耗有着很大的影响。而船舶表面的粗糙度是影响水动力性能的一个重要因素。本文将分析表面粗糙度对船舶水动力性能的影响，并探究一些提高船舶水动力性能的方法。 一、船舶表面粗糙度对水动力性能的影响 表面粗糙度是指船舶表面的几何形状不规则程度。粗糙度越大，水流通过船体 的摩擦作用就会越大，产生的摩擦阻力就会增加，这会使船舶受到更大的阻力，从而减缓速度。 比如，如果船舶表面有一个小小的凸起，就会产生微小的涡流。这些涡流会增 加水流通过船体的阻力，从而产生更多的摩擦阻力。因此，船舶表面的粗糙度越大，船舶运行时所受到的摩擦阻力就越大，速度就越慢。 除了摩擦阻力，表面粗糙度还会对波浪阻力产生影响。当水流与船体接触时， 会产生波浪。如果船舶表面有一些凸起，波浪就会在凸起处产生更多的阻力。这也会减慢船舶的速度。 二、提高船舶水动力性能的方法 为了提高船舶的水动力性能，可以从以下几个方面入手： 1. 修复船舶表面 一个平滑的表面对于船舶的水动力性能很重要。如果船舶表面不平滑，就需要 对其进行修复。修复的方法有物理剥离、化学剥离、水射流除锈、喷砂除锈等。同时也需要及时保养船舶表面，保持船体的表面光滑度。 2. 使用表面技术
表面技术可以在表面形成具有特定几何形状的微结构，如纳米、微米级别的直线、网格状、凸台、球缘形等。这种微结构可以在船舶表面上形成一层微观几何形状，从而减少表面的摩擦阻力，提高速度。 3. 使用新材料 新材料通常具有更好的耐腐蚀性、耐磨性和耐久性，可以减少表面粗糙度，从 而提高水动力性能。船舶的船体和螺旋桨往往是较容易剥落、腐蚀及产生物理损伤的区域，选择更好的材料可以增加这些区域的耐久性。 4. 优化船体设计 船舶的船体设计也是影响水动力性能的重要因素。在设计时，可以优化船舶的 几何形状，减少凸起、孔洞等，在一定范围内控制表面粗糙度，从而减少船舶所受到的阻力。 结论 通过分析船舶表面粗糙度对水动力性能的影响及提高船舶水动力性能的方法， 我们可以发现，保持表面的平滑度、使用表面技术、选择更好的材料和优化船体设计都是提高水动力性能的有效方法。同时，这些方法也为相关行业提供了发展思路，不断提升表面技术、开发更好的新材料以及优化船体设计，为未来的水运事业提供更多的可能性。
姓名： 报名编号： 学习中心：奥鹏 层次：专升本 专业：船舶与海洋工程 实验1：船模阻力实验 一、实验知识考察 1、简述水面船舶模型阻力实验相似准则。 答：主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。其具体目标包括：（1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性能的优劣。（2）确定设计船舶的阻力性能;对具体设计的船舶，通过船模阻力实验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。（3）预报实船性能;船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。（4）系列船模实验;为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。（5）研究各种阻力成分实验;为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门的实验。（6）附体阻力实验;目的在于求得附体的阻力值以及比较不同形式的附体对阻力的影响。（7）流线实验;在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。 （8）航行状态的研究;在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。（1）船模与实船保持几何相似。 （2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。 （3）船模与实船傅汝德数相等。 2、船模阻力实验结果换算方法有哪些？ 答：常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC性能委员会推荐的换算方法。
二、实验后思考题 1、船模阻力实验结果换算方法之间的区别是什么？ 答：常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC 性能委员会推荐的换算方法。这两种方法的区别在于对粘性阻力的处理原则不同。 2、实船摩擦阻力计算中，粗糙度补贴系数是根据什么选取的？ 答：实船船体表面比较粗糙，故实船摩擦阻力为其中为粗糙度补贴系数，按不同船长选取。 实验2：螺旋桨敞水实验 一、实验知识考察 1、简述螺旋桨模型敞水实验必须满足的条件。 答：测定单独螺旋桨工作时的特性，通常包括桨的推力系数、扭矩系数和敞水效率。 3、简述螺旋桨敞水实验的实验步骤。 答：（一）敞水实验准备 （1）桨模制作：敞水桨模直径为0.2-0.3m ，通常用巴氏合金、铜合金、不锈钢或铝等合金。桨模精度在0.05mm; （2）将敞水动力仪固定在水池拖车上，预先应进行校验和标定； （3）将桨模安装在敞水动力仪上，叶背向前，浸没深度大于桨径。 （二）敞水实验程序 （1）零航速敞水实验，按预定转速开动敞水动力仪，测t T ，t Q （2）按预定转速开动敞水动力仪，同时开动拖车，使螺旋桨进速系数达到预定值。 （3）当拖车速度稳定时，记录拖车速度a V ，桨转速n ，推力t T ，扭矩t Q ，完成一进速的 实验。 （4）系列变化拖车速度，完成全部实验内容，注意各次之间应有足够的等水时间。 （5）用尺寸、重量相近的假毂代替桨模，重复上述实验，测得敞水动力仪自身的推力s T ，扭矩s Q ，用以进行修正。 二、实验后思考题和计算题 1、螺旋桨敞水性征曲线的意义是什么?
舰船水动力学特性及操纵性分析研究 随着海洋经济的不断发展，舰船的运用范围也不断拓宽。为了确保船舶的安全 性和稳定性，水动力学特性和操纵性分析研究已经成为船舶设计和建造的重点。水动力学特性是指船舶在水中航行时所受的各种物理力学性质，而船舶操纵性则是指船舶在不同航向和速度下所要满足的操纵要求和特性。 一、水动力学特性的影响因素 水动力学特性的影响因素包括船舶的外形、尺寸、速度、排水等级、船舶质量 及荷载等方面。船舶的外形特征是影响船舶水动力学特性最重要的因素之一。船舶越宽越矮，就越难在海浪中保持稳定。而船舶船身的造型以光洁度好、流线型为好，可减少阻力和摩擦力，提高船速和动力性。 二、水动力学特性的分析方法 目前，研究船舶水动力学特性的方法已经十分成熟，包括数值计算方法、试验 研究方法和经验公式法。其中，数值计算方法是一种高效、精确的研究方法，它可以通过数学模型和计算机仿真实现对船舶流场、水压力和水力力学性质的计算和分析。试验研究方法是一种直接模拟船舶在海洋中的实际情况，在试验水槽中对船舶模型进行试验研究，从而评估船舶的水动力学特性。经验公式法是根据历史数据和试验结果，得出的一些适用于特定场合的科学公式，采用这种方法可以在不进行复杂的试验或计算的情况下，快速地确定船舶的基本水动力学特性。 三、船舶操纵性的影响因素 船舶操纵性的影响因素包括船型、推进装置、操纵设备、气动力、水动力、和 风浪等因素。其中，船型是影响船舶操纵性最为关键的因素之一。通过合理的设计船型，能够提高船舶的操纵稳定性和灵活性。推进装置也对船舶操纵性具有重要影响。船舶的推进系统不仅要具备良好的推进效率，还要保证在操纵时能够迅速地改
船舶水动力学性能评估与优化研究 船舶是人们在水上行驶的主要工具之一，因此对于船舶的水动力学性能评估和 优化变得越来越重要。在现代船舶设计和实际应用中，水动力学性能评估和优化至关重要，它可以显著提高船舶性能，降低船舶的能耗和运营成本。 一、船舶水动力学性能评估 船舶水动力学性能评估通常包括以下几个方面： 1. 抗风能力 船舶在面对风浪时需要有足够的抗风能力，以确保其在强风浪条件下的安全性。因此，抗风能力是船舶水动力学性能评估的重要指标之一。 2. 操纵性 船舶操纵性能的好坏也是评估船舶水动力学性能的重要指标之一。船舶操纵性 能的好坏与船舶设计有关，设计师通常会在设计中给予足够的考虑。 3. 航速 航速是船舶的重要指标之一。在评估船舶水动力学性能时，需要考虑不同的船 速和运行条件，同时还需要考虑船舶的船型、吨位、动力系统等因素。 二、船舶水动力学性能优化 船舶水动力学性能评估的基础上，船舶水动力学性能优化也成为了船舶设计和 应用的一个重要研究方向。船舶水动力学性能优化包括以下几个方面： 1. 船型优化 船型优化是指对船型进行调整和改进，以获得更好的水动力学性能。船型优化 的方法包括减小风阻和水阻、提高船舶的静水线和动水线等。
2. 推进系统优化 推进系统是船舶的动力来源，因此优化推进系统对于提高船舶水动力学性能具有至关重要的作用。推进系统优化的内容包括推进器的布置和刀片设计等。 3. 舵式设计优化 在船舶的操纵中，舵的作用不容忽视。舵式设计优化的目的是获得更好的操纵性能。舵式设计包括舵叶的数量、大小、形状、布置等。 4. 船舶稳性优化 船舶稳性是指船舶在水面上的平衡状态，稳性优化的目的是使船舶具有更好的安全性和舒适性。稳性优化的内容包括船体重心、装载情况、气舱布置等。 三、结语 船舶的水动力学性能评估和优化是现代船舶设计和应用中至关重要的一部分。评估船舶的水动力学性能和优化船舶的水动力学性能是提高船舶性能、降低能耗和运营成本的有效手段。未来，在数字化技术的发展和应用中，船舶的水动力学性能评估和优化将得到更加深入和广泛的应用。
船舶水动力学分析及性能评价研究 船舶的设计与建造是一个复杂的过程，其中水动力学分析是至关重要的一环。 水动力学分析旨在研究船舶在水中运动的机理与性能，并寻找最佳的设计解决方案以优化船舶性能。本文将介绍船舶水动力学分析的基本原理以及性能评价的方法与应用。 一、水动力学基本原理 水动力学是研究流体在运动中的力学特性的学科。对于船舶来说，水动力学分 析是指研究船舶在水中运动的力学特性，包括导航性能、稳定性、适航性以及抗风浪性等方面。船舶水动力学分析需要考虑多个因素，如船体形状、吃水深度、推进系统、外部环境因素等等。 在船舶水动力学分析中，被广泛应用的基本原理是“势流理论”。势流理论假定 船舶在水中移动时会扰动周围的水流，而这种扰动可以用一个势函数和一个速度势函数来表示。基于这个理论，可以计算出船舶在不同流速和角度下的运动性能。二、性能评价方法与应用 船舶性能评价是指对船舶在特定条件下的性能进行检测和评估。性能评价可以 分为建造前和建造后两个环节。在建造前，评价的焦点在于优化设计方案以提高船舶的运动性能、稳定性、安全性等方面。在建造后，评价的焦点在于检测船舶的实际性能是否符合预期，并分析影响性能的因素和修正措施。 船舶性能评价的方法包括试验和计算两种。试验方法是通过在实验室或海上测 试船舶运动性能来获得数据，包括船速、航程、油耗、荷载、稳定性、转向性等等。试验成本高、周期长、结果偏差大，但是可以获得更为准确和实际的数据。计算方法是通过建立数学模型和计算机模拟来预测船舶的性能，包括船体水力学、操纵性、机械性能等方面。计算成本低、速度快、结果可靠，但是需要准确的输入数据和建模基础。
船舶推进系统水动力学特性分析与优化设计 船舶推进系统是船舶非常重要的组成部分，对船舶性能和效率有着至关重要的影响。水动力学特性的分析和优化设计能够提高船舶的推进效率和减少能源消耗，在船舶设计和船舶运行中扮演着重要的角色。 首先，我们来分析船舶推进系统的水动力学特性。船舶推进系统由推进器和推进器矩阵组成，推进器通常为螺旋桨或喷水推进器。在正常运行时，推进器通过产生推力来推动船舶前进。船舶推进的主要水动力学特性包括推力、速度、效率和转矩。 推力是推进器产生的船舶前进的力量。推进器所产生的推力与推进器的直径、螺旋桨叶片的形状和角度、进流速度等因素密切相关。通过优化这些参数，可以增加推进器产生的推力，提高船舶的加速度和速度。 速度是船舶运动的基本参数之一。船舶的速度取决于推进器产生的推力和水动力学阻力。根据船舶运行的条件和要求，可以通过调整推进器的尺寸和形状，以及优化船体的流线型设计，降低水动力学阻力，提高船舶的速度。 效率是衡量船舶推进系统性能的指标之一。船舶推进系统的效率通常由推进效率和传动效率组成。推进效率表示推进器将功率转化为推力的能力，可以通过改进推进器的设计和优化螺旋桨叶片的形状来提高。传动效率表示推进器传递动力的能力，可以通过改进传动系统和减少能量损耗来提高。 转矩是推进器所受到的力矩，是推进器工作时的一个重要参数。转矩的大小取决于推进器的工作状态和推进器与船体的相互作用。通过合理设计推进器和减少螺旋桨的震荡和振动，可以减小推进器的转矩，提高船舶的稳定性和操纵性。 在优化设计船舶推进系统水动力学特性时，可以运用计算流体力学（CFD）模拟方法。CFD模拟可以对船舶推进系统的水动力学行为进行数值模拟和分析，并
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率 船舶驱动系统中的螺旋桨是推动船舶前进的关键部件，其水动力学 和推进效率直接影响到船舶的性能和能源消耗。本文将从螺旋桨的水 动力学原理、螺旋桨的设计与优化以及推进效率的提高等方面进行论述。 一、螺旋桨的水动力学原理 螺旋桨是通过利用船舶上的动力来产生推力，进而推动船舶前进。 其工作原理是基于流体力学的一系列原理与方程。螺旋桨在水中旋转时，会对周围的水流产生扰动，扰动会引起水流的变化，从而产生推力。 螺旋桨的推力主要通过两部分来实现：一是反作用力，即推进物体（船舶）时的力的反作用；二是动压力，即螺旋桨叶片的旋转将周围 的水流加速带动起来，形成一个水流的后向压强。 螺旋桨的推力大小与旋转速度、叶片数目、叶片形状、叶片的攻角、桨距等因素有关。合理地设计这些参数可以提高螺旋桨的推进效率。 二、螺旋桨的设计与优化 螺旋桨的设计与优化是提高推进效率的关键。通过科学合理地设计 螺旋桨的叶片形状、旋转速度、攻角等参数，可以使螺旋桨尽可能地 利用动力将水流转化为推力，并降低能量损失。 在螺旋桨的设计过程中，需要考虑以下几个因素：
1. 叶片形状：螺旋桨的叶片形状对推力的产生和水动力性能有着重 要影响。通常采用的叶片形状有固定式、可调式和可变式等，根据船 舶的使用需求选择合适的叶片形状。 2. 叶片角度：叶片角度也称攻角，是指叶片相对于进流方向的偏角。不同的叶片角度对螺旋桨的推力和效率有不同的影响。合理选择叶片 角度可以提高螺旋桨的推进效率。 3. 桨距：桨距是指螺旋桨上相邻两个叶片之间的距离。合理选择桨 距可以使螺旋桨在转动时形成合适的水流，提高推进效率。 4. 螺旋桨的旋转速度：螺旋桨的旋转速度对船舶的速度和推进效率 有直接影响。适当调整螺旋桨的旋转速度可以使船舶在不同工况下获 得最佳的性能和经济效益。 三、推进效率的提高 推进效率是指船舶单位动力产生的推进力与单位能源消耗之间的比值。提高推进效率可以降低船舶的能源消耗，减少对环境的污染。 要提高推进效率，可以从以下几个方面入手： 1. 优化螺旋桨设计：如前所述，通过合理选择螺旋桨的叶片形状、 攻角、桨距等参数进行设计优化，可以使螺旋桨的推进效率得到提高。 2. 减少摩擦阻力：减少船体与水流的摩擦阻力可以降低能量损失。 采用流线型设计、减少船体曲面的粗糙度等方式可以有效减少摩擦阻力。
船舶水动力学特性研究 船舶作为人们日常生活和经济活动中的不可或缺的交通工具， 其水动力学特性的研究对于提升航行安全性和经济效益至关重要。因此，本文将从船舶水动力学研究的概念、基本原理、影响因素 等方面进行探讨，希望能够对船舶水动力学研究有一定的了解。 一、船舶水动力学研究概念 船舶水动力学研究是指对船舶在水中运动时的艏波、尾流、水阻、稳定性、操纵性等各种现象进行研究和分析的学科。其研究 对象是各种类型和尺寸的船舶，包括商船、军舰、游艇等。 二、船舶水动力学研究基本原理 1. 流态分析原理 流态分析原理是船舶水动力学研究的核心。该原理是将船舶在 水中运动时所遇到的现象分别按其流态性质分类，以便于研究和 分析船舶的水动力学特性。根据流态分析原理，船舶的水动力学 特性主要包括以下三个方面：
(1) 湍流：指水流具有乱流、波浪等不规则的流动状态。船舶 在湍流中行驶时，会产生较大的阻力和动荡现象，对航行安全和 经济效益均有不利影响。 (2) 节流：指水流具有规则但收缩的流动状态。船舶在节流中 行驶时，会感受到明显的水阻，对船速和经济性能产生较大影响。 (3) 局部分离：指水流对船身表面产生局部脱离的流动状态。 局部分离会对船舶的水动力学性能产生很大影响，如增大阻力和 降低操纵性能等。 2. 流场数值模拟原理 流场数值模拟原理是指通过计算机对船舶在水中运动时产生的 复杂流场进行模拟和分析，以便于更加精确地研究船舶的水动力 学特性。该原理主要采用有限体积法、有限元法、边界元法等方 法进行计算。流场数值模拟可以预测船舶在水中的运动轨迹、速度、阻力等物理量，为航行安全和经济效益的提升提供了重要依据。
高速船舶水动力性能研究及风险分析 高速船舶是指航速较高的船舶，由于其在海上运行的速度快、距离远，因此需要更高的运动稳定性和驾驶能力。水动力性能是高速船舶运行安全和性能的关键之一。本文将探讨高速船舶水动力性能研究及风险分析的相关问题。 1. 高速船舶水动力性能研究 1.1 模型试验 为研究高速船舶的水动力性能问题，模型试验是一种非常重要的方法。通过制作高速船舶的比例缩小模型进行水池试验，可以模拟海洋环境下船舶的运动状态，得到各个参数的数值数据，为后续的分析和计算提供依据。 1.2 流场分析 高速船舶运动时所受到的环境条件非常复杂，各种物理现象如污染、流动、水动力等影响着高速船舶的性能。要深入了解这些物理现象的作用以及对船舶性能的影响，流场分析是非常必要的环节。可以使用数值计算、实验模型等方法，得出船舶在不同流场中的性能。 1.3 船体设计
船体设计是决定高速船舶水动力性能的重要因素。在设计船体 时需要考虑各种因素，如流场、稳定性、船速、载重能力等。合 理的船体设计能够提高高速船舶的稳定性、节能程度、速度和安 全性，实现新型船舶的性能要求。 2. 高速船舶风险分析 2.1 碰撞风险 高速船舶在海上运行速度快，一旦发生碰撞事故，后果不堪设想。为避免该问题的发生，需要进行碰撞风险分析。该分析可以 包括计算其他船舶与高速船舶的距离、不同的碰撞点以及各种潜 在的碰撞因素等。通过这些数据，可以预测高速船舶的环境风险 以及识别出可能发生碰撞事故的区域。可以在这些区域内不断进 行监测和调整，降低高速船舶碰撞事故的概率。 2.2 燃油泄漏风险 高速船舶在海上运行经常需要携带大量燃油用于动力源，一旦 出现泄漏事故，对海洋及其所承载的生态环境会造成严重的污染。为了避免这种情况的发生，需要进行燃油泄漏风险分析。该分析 可以从船舶本身的燃油泄漏及其对周围环境的影响、污染扩散的 区域范围和污染物覆盖范围等方面进行，以识别高速船舶在海上 可能发生的污染风险。 2.3 天气风险
自抛光防污涂料对大型船舶船速性能的影响引言： 大型船舶在海洋环境中航行时，船体表面会受到海洋生物附着、污染物沉积等问题的困扰，这会对船舶的性能产生不利影响。为了解决这一问题，自抛光防污涂料被广泛应用于船舶船体。本文旨在探讨自抛光防污涂料对大型船舶船速性能的影响。 1. 自抛光防污涂料的基本原理 自抛光防污涂料是一种含有硅藻土或硅藻土类似物的防污剂的防污涂层。其基本原理是通过涂层表面的微小颗粒的自行磨损，达到持续不断地释放活性成分的目的。这一过程可以防止海洋生物的附着，并减少水中垂直面积的摩擦系数，从而提高船舶的航行速度。 2.自抛光防污涂料对水动力性能的影响 船舶航行时，水的流动对船体表面产生摩擦阻力，影响船舶的航行速度。自抛光防污涂料能够有效减少船体表面的粗糙程度，降低摩擦阻力，从而提高船舶的航行速度。研究表明，使用自抛光防污涂料能够在一定程度上减小摩擦阻力，提高船舶航行速度。 3.自抛光防污涂料对耐航性能的影响 耐航性是船舶在使用过程中能够保持预定速度的能力。由于防污涂层能够有效降低船体表面的污染物附着，减少海洋生物的滞留，从而很好地保护了船体表面的平滑性以及水动力性能。这使得船舶的耐航性能得到了明显提高。 4.自抛光防污涂料的使用限制
自抛光防污涂料虽然具有许多优点，但也存在一些限制因素。首先，自抛光防污涂料的效果在一定程度上取决于船舶的航行速度。在低速航行状态下，自抛光效果可能不显著。此外，长时间的停泊或长期静置可能会导致自抛光效果的下降。最后，自抛光防污涂料的寿命有限，需要定期更换。 5.自抛光防污涂料的发展趋势 随着科学技术的不断进步，自抛光防污涂料也在不断发展和改进中。目前，一些研究者尝试将纳米技术引入自抛光防污涂料，以进一步提高其防污性能和船速性能。此外，一些新型的环境友好型涂料也正逐渐得到应用。 结论： 自抛光防污涂料能够有效地减少船舶船体表面的污染物附着，改善船舶的水动力性能，提高航行速度。然而，其效果受到航行速度、停泊时间和涂层寿命等因素的影响。未来的研究应进一步提升自抛光防污涂料的性能，以满足船舶对耐航性和环境友好型产品的需求。
船舶流体力学中的水动力分析与设计 船舶流体力学是研究船舶在水中运动及其所受流体动力学力学效应的学科。在 船舶设计中，水动力分析与设计是非常重要的环节。它涉及到了船体外形设计、船舶推进性能、船舶操纵性能等方面。 首先，在船舶流体力学中的水动力分析与设计中，船体外形设计是非常重要的 一部分。船体外形对于水动力性能有着直接的影响。船体的几何参数、船体的流线型以及船体表面的光滑程度等都会对船舶的阻力产生影响。因此，在船舶的水动力分析与设计过程中，需要通过数值模拟和实验手段对不同船体形状进行优化和改进，以降低阻力，提高船舶的速度和燃油经济性。 其次，在水动力分析与设计中，船舶的推进性能也是需要重点关注的。船舶的 推进性能直接关系到船舶的动力系统安装和船舶的速度性能。通过水动力模拟分析，可以确定船舶在不同航速下的托力和推力的大小，进而确定船舶的主机和推进器的安装位置和数量。优化船舶的推进性能可以提高船舶的运输效率和经济性。 此外，在船舶流体力学中的水动力分析与设计中，船舶的操纵性能也是需要考 虑的因素之一。船舶的操纵性能直接关系到船舶的航行安全和操纵的灵活性。通过水动力模拟分析，可以确定船舶在不同操纵状态下的动态响应和航向稳定性，进而优化船舶的操纵性能。优化船舶的操纵性能可以提高船舶的航行安全性和操纵的灵活性。 综上所述，在船舶流体力学中的水动力分析与设计中，船体外形设计、船舶推 进性能和船舶操纵性能是需要重点关注和优化的方面。通过数值模拟和实验手段，可以对船舶的水动力进行分析和优化，提高船舶的速度性能、燃油经济性、航行安全性和操纵灵活性。水动力分析与设计的优化可以为船舶设计和船舶运营提供科学的依据，为航运行业的发展和技术进步做出贡献。
水电站水轮机汽蚀产生原因及其影响分 析 摘要：本文研究水电站水轮机的汽蚀产生原因及其对水轮机性能的影响。首先，分析了水轮机运行过程中的压力变化和流动状态对汽蚀的影响。其次，探讨 了水轮机叶片表面粗糙度、水轮机运行工况以及水质等因素对汽蚀的影响。最后，通过实验和数值模拟方法，定量评估了汽蚀对水轮机效率和寿命的影响。研究结 果表明，水轮机叶片表面粗糙度的增加、水轮机运行工况的变化以及水质的恶化 都会导致汽蚀的加剧，进而降低水轮机的效率和寿命。关键词：水电站，水轮机，汽蚀，压力变化，效率。 关键词：水电站，水轮机，汽蚀，压力变化，效率 引言： 水电站是重要的清洁能源发电装置，而水轮机作为其核心设备之一，其性能 直接影响着发电效率和寿命。然而，水轮机在运行过程中常常面临汽蚀问题，导 致性能下降和设备损坏。汽蚀产生的原因及其对水轮机的影响成为研究的关键问题。本文通过分析压力变化、流动状态以及叶片表面粗糙度、运行工况和水质等 因素对汽蚀的影响，以及汽蚀对水轮机效率和寿命的定量评估，旨在深入揭示汽 蚀机理，为水轮机性能优化和设备维护提供理论依据。 一水电站水轮机汽蚀机理分析：压力变化与流动状态的影响 在水电站水轮机运行过程中，汽蚀是一个常见而严重的问题，会导致设备性 能下降甚至损坏。汽蚀是指液体中的气泡在高压区域形成并在低压区域崩溃的过程。压力变化和流动状态是影响汽蚀产生的关键因素之一。 （一）压力变化对水轮机汽蚀具有重要影响。在水轮机中，由于流体流动的 高速和转动部件的旋转，液体的静压和动压都会发生变化。当流体经过流道收缩
或叶片进口处的凸起时，流速增大，压力降低，容易产生汽蚀。另一方面，当液 体流经叶片出口或流道扩大时，流速减小，压力增加，气泡崩溃的可能性也会增加。 （二）流动状态对水轮机汽蚀的影响也不可忽视。流动状态的稳定性和湍流 程度会影响液体中气泡的生成和消失。在湍流状态下，气泡容易形成和破裂，增 加汽蚀的风险。而当流动状态较为稳定时，气泡的生成和消失相对较少，汽蚀现 象相对较轻。 除了压力变化和流动状态，水轮机的设计和操作也会对汽蚀产生影响。叶片 表面粗糙度是一个重要因素，较大的粗糙度会使流体在叶片表面形成湍流区域， 增加气泡生成的可能性。同时，水轮机运行工况的变化也会导致汽蚀的加剧。例如，当水轮机在部分负载或超负荷运行时，流速和压力的变化会使汽蚀现象更加 明显。此外，水质的恶化（如水中悬浮物、气体和杂质的增加）也会促使汽蚀的 发生。 为了深入理解汽蚀机理，研究人员通过实验和数值模拟等方法对压力变化和 流动状态的影响进行定量评估。实验可以模拟实际水轮机运行条件下的压力变化 和流动状态，通过测量和分析气泡的产生、扩散和崩溃过程，揭示汽蚀机理的细节。数值模拟则可以在不同工况下预测汽蚀的发生概率和严重程度，为优化水轮 机设计和运行提供指导。 综上所述，水轮机汽蚀是一个复杂而严重的问题，受到压力变化和流动状态 的影响。深入分析和理解汽蚀机理对于改善水轮机性能、延长设备寿命至关重要。进一步的研究将有助于开发出更有效的汽蚀防护措施，提高水轮机的可靠性和稳 定性。 二水轮机汽蚀影响因素研究：叶片表面粗糙度、运行工况和水质的影响 分析 水轮机汽蚀是叶片表面产生气泡并破裂的现象，其发生与叶片表面粗糙度、 运行工况和水质等因素密切相关。这些因素对汽蚀的影响需要进行深入的研究和 分析。
表面粗糙度对涡轮叶片吸力面边界层的影响 白涛;王书贤 【摘要】In order to study the effect of the increased surface roughness on turbine blade due to operation,erosion and corrosion,the effect of surface roughness on the development of suction side boundary layer in the design condition is simulated.The study indicates:The velocity distribution in boundary layer is more plump when roughness on blade surface increases.The aerodynamic loss is induced due to the decreased separation bubble caused by the decreased roughness.The transition is advanced with the enlarged surface roughness,so the boundary layer loss becomes remarkable.%为了研究涡轮叶片烧蚀、腐蚀以及积碳等引起的叶片表面粗糙度增大对吸力面边界层的影响，数值模拟分析了在设计工况下，表面粗糙度对低压涡轮叶片吸力面边界层发展的影响规律。结果表明：增加叶片表面粗糙度使边界层的速度分布趋于饱满；减小粗糙度可减弱边界层的分离，降低分离损失；增大粗糙度可诱发边界层提前发生转捩；粗糙度愈大，边界层的损失愈加显著。 【期刊名称】《西安工业大学学报》 【年(卷),期】2016(036)008 【总页数】5页(P647-651) 【关键词】表面粗糙度;涡轮叶片;吸力面;边界层 【作者】白涛;王书贤
第一章 1.除螺旋桨之外，船用推进器还有那些类型？简述他们的特点及所适用船舶类型? 螺旋桨，风帆，明轮，直叶推进器，喷水推进器，水力锥形推进器 螺旋桨：构造简单，造价低廉，使用方便，效率较高。 风帆：推力依赖于风向和风力以至于船的速度和操纵性都受到限制。仅在游艇，教练船和小渔船上仍采用 明轮：构件简单，造价低廉，但蹼板入水时易产生拍水现象，而出水时又产生提水现象，因而效率较低。目前用于部分内河船舶。 直叶推进器：可以发出任何方向的推理，操纵性好，推进器的效率高，在汹涛海面下，工作情况也较好，但构造复杂，造价昂贵，叶片保护性差极易损坏。用于港口作业船或对操纵性有特殊要求的船舶 喷水推进器：活动部分在船体内部，具有良好的保护性，操纵性能良好，水泵及喷管中水的重量均在船体内部，减少了船舶的有效载重量，喷管中水力损耗很大，故推进效率较低。多用于内河潜水拖船上，近年来也用于滑行艇，水翼艇等高速船上。 水力锥形推进器：构造简单，设备轻便，船内无喷管效率比一般喷水推进器为高，航行于浅水及阻塞航道中的船只常采用此种推进器。 何谓有效马力（有效功率）？ v航行时所受到的阻力为R，则阻力R在单位时间内所消耗的功为Rv，而有效推力Te在单位时间内所作的功为Te*v，两者在数值上相等，故Te*v（或者R*v）称为有效功率。 阻力试验R和V都可测。 3.何谓收到马力？它与主机马力的关系如何？ 收到马力：机器功率经过减速装置，推力轴承及主轴等传送至推进器，在主轴尾端与推进器连接处所量得的功率称为推进器的收到功率Pd表示。 Pd=Ps*ηs→传递效率或轴系功率 4.推进效率。推进系数如何定义？如何衡量船舶推进性能的优劣？ 推进效率：由于推进器本身在操作时有一定的能量损耗，且船身与推进器之间有相互影响，故有效功率总是小于推进器所收到的功率，两者之比称为推进效率，以ηd表示。 推进系数：有效功率与机器功率之比称为推进系数以P.C表示 P.C=Pe/Ps P.C=ηdηs 5.何谓船舶快速性？快速性优劣取决于那些因素？ 快速性：指船舶在给定主机功率情况下，在一定装载时于水中航行的快慢问题。 ①船舶于航行时所遭受的阻力要小，所谓优良船型的选择问题 ②选择推力足够，且效率较高的推进器 ③选择合适的主机 ④推进器与船体和主机之间协调一致 第二章 6.螺旋桨由那些部件构成？他们各起什么作用？ 桨叶和桨毂构成（个人观点）桨叶：通过旋转产生推力桨毂：固定桨叶并传递来自尾轴的力和转矩。 7.与空气螺旋桨相比，船舶螺旋桨在几何特征上有何不同？思考其原因
《船模性能实验》实验报告 学习中心： 层次： 专业： 学号： 学生： 完成日期：
实验报告一 一、实验名称：船模阻力实验 二、实验目的： 主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。其具体目标包括： （1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性能的优劣。 （2）确定设计船舶的阻力性能 对具体设计的船舶，通过船模阻力实验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。 （3）预报实船性能 船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。 （4）系列船模实验 为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。 （5）研究各种阻力成分实验 为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门的实验。 （6）附体阻力实验 目的在于求得附体的阻力值以及比较不同形式的附体对阻力的影响。 （7）流线实验 在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。 （8）航行状态的研究 在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。 三、实验原理： 1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。 （1）船模与实船保持几何相似； （2）船模实验的雷诺数e R 达到临界雷诺数以上； （3）船模与实船傅汝德数相等。 2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。 1）安装激流丝：用1=Φmm 金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界层
中产生紊流。 2）称重工作：准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。 3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？ 常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC 性能委员会推荐的换算方法。 4．简述傅汝德假定的内容，并写出傅汝德换算关系式。 傅汝德假定： ①假定船体的总阻力可以分为独立的两部分，一为摩擦阻力f R ，只与雷诺数有关， 另一个为粘压阻力pv R 和兴波阻力w R 合并后的剩余阻力r R ，只与傅汝德数有关，且适用 比较定律。 ②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。因此，可 以用平板摩擦阻力公式计算船体的摩擦阻力，通常称为相当平板摩擦 傅汝德换算关系： 3 )(αρρm s fm tm fs ts R R R R -+= 四、实验内容： （一）填写实验主要设备表 （二）实验步骤： （一）船模阻力实验准备 （1）船模制作：船模缩尺比依据水池的长度和航速决定的，船模线型要与实船保持
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印--- 摘要 液滴撞击壁面的现象在生活中随处可见，例如喷洒农药，喷涂油漆，喷墨打印等。影响液滴撞壁的参数有很多，包括液滴的体积，表面张力，粘度，撞击速度与角度等，表面粗糙度也是很重要的因素之一。实际生活中的真实粗糙表面多为随机粗糙表面，因此只考虑光滑表面和规则粗糙表面的情况是不够的。系统地研究液滴撞击粗糙表面后的铺展状态，对工业，农业等领域都有非常重要的意义。 针对液滴碰撞粗糙表面后的铺展过程，本论文利用COMSOL Multiphysics 软件，建立液滴撞壁的模型，壁面选择随机粗糙表面和规则粗糙表面两类，模拟真实液滴在粗糙表面的撞击铺展，然后使用Matlab工具对所得实验结果进行分析。 我们比较了液滴碰撞两种不同粗糙表面后的铺展系数，高度系数，平衡接触角和相对接触面积，显示随机粗糙表面比规则粗糙表面花费更长的回弹时间，各项数据也有不同，说明液滴撞壁过程不能忽视表面形貌的影响。对于单一粗糙表面，我们仅改变初始速度，液滴平衡后的状态没有明显的不同。 本论文也进行了同时改变液滴直径和初始速度的实验研究，分析数据后发现即使韦伯数保持不变，液滴直径和速度的差别也会使实验结果存在差异。 关键词：液滴，粗糙表面，韦伯数，铺展与回缩 作者：武璇 指导老师：肖杰 Abstract
Droplets can be seen everywhere in life, such as spraying pesticides, spraying paints, inkjet printing, and the like. There are many factors that affect the process of droplet collision, including droplet volume, surface tension, viscosity, impact velocity and contactangle, etc. Surface roughness is also one of the most important factors. The actual rough surface in real life is mostly a random rough surface, so it is not enough to consider only the case of a smooth surface and a regular rough surface. It is very important to study the spreading state and parameters of droplets after they impact the rough surface. For the spreading process of droplets impacting a rough surface, this paper uses COMSOL Multiphysics software to establish a model of droplet collision surface. The random rough surface and regular rough surface are selected to simulate the spread of real droplets on the rough surface. Then use Matlab tool to analyze the experimental results. We compared the spread coefficient, height coefficient, equilibrium contact angle and equilibrium contact area after the droplet impacted on two different rough surfaces, showing that the random rough surface takes longer rebound time than the regular rough surface, and the parameters are also different. The collision of the droplets cannot ignore the influence of surface morphology. For a single rough surface, we only change the initial velocity, and the state of the droplets after the balance is not significantly different. This paper also carried out an experimental study that simultaneously changed the droplet diameter and initial velocity. After analyzing the data, it was found that even if the Weber number remains unchanged, the difference in droplet diameter and velocity will make the experimental results different. Key words: droplet, rough surface, Weber number, spreading and retraction 第一章绪论 1.1选题的目的及介绍