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Shanghai Jiao Tong University课程名称：船舶流体力学(NA235) Introduction to Marine Hydrodynamics 主讲人：万德成dcwan@辅导老师：林志良linzhiliang@张驰zhangchi0309@课程安排Shanghai Jiao Tong University课程性质：专业基础课学时数：68 ＝58 (理论课) ＋4 (实验实践)+ 6 (三次课程设计)成绩：作业和课程设计30%，期末考试70%Shanghai Jiao Tong University《水动力学基础》，刘岳元、冯铁城、刘应中编，上海交通大学出版社，1990《流体力学》，许维德，国防工业出版社，1989《流体力学》(上、下册)，吴望一，北京大学出版社，1982《流体力学》(上、中、下册)，丁祖荣，高等教育出版社，2003《流体力学基础》(上、下册)，潘文全等，机械工业出版社，1982《流体力学》，易家训著(章克本、张涤明等)，高等教育出版社，1983Shanghai Jiao Tong UniversityHydrodynamics, H. Lamb, 6th edition, CambridgeUniversity Press, 1932Marine Hydrodynamics, J.N. Newman, MIT Press, 1977An Introduction to Fluid Dynamics, G.R. Batchelor,Cambridge University Press, 1967Introduction to Fluid Mechanics，James A. Fay，MITPress, 1994Fundamentals of Fluid Mechanics，B.R. Munson, D.F.Young & T.H. Okiishi, Wiley Asia Student Edition, 2005 Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications, Y.A.Cengel& J.M. Cimbala, McGraw-Hill, 2006Fluid Mechanics，5th Ed., F.M.White, McGraw-Hill.Shanghai Jiao Tong University第0章序论第0章序论Shanghai Jiao Tong University•流体力学与现实生活•流体力学的发展过程•流体力学的研究方法•流体力学的研究内容流体力学与现实生活Shanghai Jiao Tong University船舶工程Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University 船舶工程船舶工程Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University 船舶工程Shanghai Jiao Tong University船舶工程Shanghai Jiao Tong University 船舶工程Shanghai Jiao Tong University船舶工程Shanghai Jiao Tong University 船舶工程Shanghai Jiao Tong University螺旋浆船舶工程船舶工程Shanghai Jiao Tong University船舶工程Shanghai Jiao Tong University海洋工程Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University 海洋工程航空航天Shanghai Jiao Tong University航空航天Shanghai Jiao Tong University航空航天Shanghai Jiao Tong University航空航天Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University航空航天水利工程Shanghai Jiao Tong University水利工程Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University 汽车阻力来自前部还是后部？汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数C D 很大，约为0.8。
Shanghai Jiao Tong University点源和点汇偶极子流点涡——均匀流•典型简单势流流动的速度势和流函数：ln ,22m m r φψθππ==4m rφπ=,2φθπΓ=r Γln 2πψ-=2,2M x rφπ=-22M y r ψπ=34M xrφπ=,Ux Uy φψ==Uxφ=Shanghai Jiao Tong University•势流流动的速度势和流函数满足线性叠加原理：将简单的势流叠加起来，可以用来求解复杂的势流流动。
a)点源与点汇的叠加偶极子流b)点源与点涡的叠加螺旋流c)均匀流与点源的叠加半无限长物体绕流Shanghai Jiao Tong University6.4匀速运动物体的势流流动Shanghai Jiao Tong University前面的物体绕流问题，都是物体固定不动，而是有一个均匀来流对物体的绕流。
而实际问题中，更多的是物体在静止的流体中运动。
1) 匀速运动物体的势流流动是否与静止物体的势流绕流流动是相同还是不同？也就是说能不能用静止物体的势流绕流代替运动物体的势流流动？2)匀速运动物体的势流流动是定常流动还是非定常流动？3)在匀速运动物体的势流流动中，物体是否受流体作用力？即达朗伯佯谬是否成立？6.4Shanghai Jiao Tong University题：匀速运动物体的势流流动是定常流动还是非定常流动？这初始条件6.4Shanghai Jiao Tong University如果坐标系固定在物体上，记为Shanghai Jiao Tong University6.4匀速运动物体的势流流动x ’Uo ’y ’z ’xoyzFixed in spaceFixed in translating bod yx = x` +U t两个坐标系之间可互相转换，有：t'=+⋅x x U ()()()()()()()(),,,,,,,,,,,,,,,,,,,x y z t x y z x Ut y z x y z t x y z Ux x Ut y z Ux Ux x Ut y z t x y z φφφφφ'''''=+=-+'''''''=+=-+''''''''-++=V V U V UShanghai Jiao Tong University根据动力学条件(不考虑质量力)，在无穷远处，对两个坐标系分别有：Shanghai Jiao Tong University 根据动力学条件Shanghai Jiao Tong University如果采用2Shanghai Jiao Tong University 例子：Shanghai Jiao Tong UniversityΦ'的势流绕流一样，物体不受流体作用力(达朗伯佯谬)。
第一章绪论§1—１流体力学及其任务1、流体力学的任务：研究流体的宏观平衡、宏观机械运动规律及其在工程实际中的应用的一门学科。
研究对象：流体,包括液体和气体。
2、流体力学定义：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用.3、研究对象：流体(包括气体和液体）。
4、特性：•流动(flow)性，流体在一个微小的剪切力作用下能够连续不断地变形,只有在外力停止作用后,变形才能停止。
•液体具有自由（free surface）表面，不能承受拉力承受剪切力（ shear stress)。
•气体不能承受拉力,静止时不能承受剪切力，具有明显的压缩性，不具有一定的体积，可充满整个容器。
流体作为物质的一种基本形态，必须遵循自然界一切物质运动的普遍，如牛顿的力学定律、质量守恒定律和能量守恒定律等。
5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力,即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形,直到剪切力消失为止。
这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因.流体也不能承受拉力，它只能承受压力.利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等,都是流体抗压能力和易流动性的应用.没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。
6、流体的连续介质模型流体微团——是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。
这样的微团，称为流体质点。
流体微团：宏观上足够大,微观上足够小。
流体的连续介质模型为:流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据,其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。
7流体力学应用:航空、造船、机械、冶金、建筑、水利、化工、石油输送、环境保护、交通运输等等也都遇到不少流体力学问题。
例如,结构工程:钢结构，钢混结构等.船舶结构；梁结构等要考虑风致振动以及水动力问题；海洋工程如石油钻井平台防波堤受到的外力除了风的作用力还有波浪、潮夕的作用力等，高层建筑的设计要考虑抗风能力;船闸的设计直接与水动力有关等等。
上篇船舶阻力第一章绪论本章作为绪论，首先分析船舶在航行中受到阻力的物理成因及其阻力成分的分类，然后讲述涉及船舶阻力共性的重要基本概念。
进而介绍阻力相似定律，并提出造船工程中应用较广的傅汝德(W．Froude)假定。
§1-1 船舶阻力划分与分类当船舶在水而上航行时，船体处于空气和水两种流体介质中运动，必然遭受空气和水对船体的反作用力。
这种与船体运动方向相反的流体作用力称为船舶阻力。
为研究方便起见，船体总阻力按流体种类可分成空气阻力和水阻力。
空气阻力是指空气对船体水上部分的反作用力。
水阻力是水对船体水下部分的反作用力。
水阻力又可分成船舶在静水中航行时的静水阻力和波浪中的汹涛阻力(亦称为波浪中阻力增值)两部分。
静水阻力通常分成裸船体阻力和附体阻力两部分。
所谓附体阻力是指突出于裸船体之外的附属体如舵、舭龙骨、轴支架等所增加的阻力值。
根据这种处理方法，船舶在水中航行时所受到的阻力通常可分为两大部分，一是静水中的裸船体阻力，这是船舶阻力中的主要部分，是要着重研究的内容，裸船体阻力往往简称为“船体阻力”；另一部是附加阻力，是空气阻力、汹涛阻力和附体阻力的总称。
裸船体阻力静水阻力船舶阻力23水阻力 附体阻力船舶阻力 汹涛阻力 附加阻力空气阻力因此，实际船体阻力可按照裸船体阻力和附加阻力两部分分别进行研究。
下面将先讨论“裸船体阻力”的成因及其组成，而附加阻力部分在后面有关章节予以讨论。
一、船体阻力成因及分类 1．船体绕流物理现象与阻力成因船体在静水中运动时所受到的阻力与船体周围的流动现象密切有关。
根据观察，船体周围的绕流运动情况相当复杂，但主要有以下三种流动现象：其一，船体在运动过程中兴起波浪，简称兴波。
兴波包括产生稳定的船行波和不稳定的破波。
由于船行波的产生，改变了船体表面的压力分布情况，如图1-1所示。
船首的波峰使首部压力增加，而船尾的波谷使尾部压力降低，于是产生首尾流体动压力差，形成阻力。
从能量观点看，无论是船行波还是破波都具有一定的能量，这些能量必然由船体供给。
