表面粗糙度对船舶水动力性能的影响分析

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=ηdηs5.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。

不同粗糙度对轴流泵水力性能的影响研究顾梅芳;杨晓红;孙锋明;陈新华【摘要】为了探讨轴流泵各过流部件壁面粗糙度对水力性能的影响,将轴流泵分为进口段、叶轮室、导叶室以及出口段4部分,采用中心实验设计方法,基于数值模拟仿真技术对轴流泵的扬程、轴功率及效率进行了试验设计和仿真研究.结果表明,叶轮壁面粗糙对水力性能影响最大,对扬程的影响系数为-0.265,对效率的影响系数为-0.283,对轴功率的影响系数为0.099.文章的研究对指导轴流泵站的运行管理和维护提供了很好的指导意义.对轴流泵的加工制造精度要求也提供了理论依据.【期刊名称】《水利技术监督》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】5页(P146-148,190,200)【关键词】粗糙度;轴流泵;数值模拟;实验设计【作者】顾梅芳;杨晓红;孙锋明;陈新华【作者单位】江阴市重点水利工程建设管理处,江苏无锡214431;江阴市水利工程公司,江苏无锡214431;江阴市璜土水利农机管理服务站,江苏无锡214431;江阴市南闸水利农机管理服务站,江苏无锡214431【正文语种】中文【中图分类】S277.9;TV136在大型泵站设计中，按照第二相似律选择合适的水泵，水泵在设计工况下的效率、流量均在模型试验中得到保证。

在泵站建成之初，流道表面用模板保证尺寸结构满足设计要求，同时也能保证壁面光滑，叶轮和导叶往往由车床加工，通过喷漆处理，防止叶片及导叶表面锈蚀。

而在使用过程中，由于输运介质中杂质对壁面的磨损，喷漆脱落引起表面锈蚀，或者直接是杂质对壁面的撞击、沉淀在壁面上，或者气蚀作用对叶片的磨损，都会引起壁面粗糙度的变化，从而引起泵站水力性能的恶化，大幅削弱泵站在使用中应有的功能[1- 3]。

为了探讨粗糙度对水力性能的影响，朱红耕[4]、李龙[5]等人研究了轴流泵的水力性能随着粗糙度的变化关系，高军甲[6]认为对输油离心泵叶轮进行电解抛光后，大幅降低粗糙度，效率提高了5%，冯建军[7]、王川[8]等也进行过类似的研究得到相应的结论。

船舶设计中的流体力学应用研究船舶作为人类在海洋和江河等水域中进行交通运输、资源开发和科学探索的重要工具，其性能的优劣直接关系到航行的效率、安全性和经济性。

在船舶设计过程中，流体力学的应用起着至关重要的作用。

流体力学能够帮助设计师更好地理解船舶在水中的运动规律，优化船舶的外形和结构，从而提高船舶的性能。

流体力学是研究流体（包括液体和气体）运动规律及其与固体相互作用的学科。

在船舶设计中，涉及到的流体力学问题主要包括船舶在静水中的浮力和稳定性、船舶在航行中的阻力和推进力、船舶在波浪中的运动响应等。

首先，浮力和稳定性是船舶设计的基础。

船舶要能够在水中浮起来并且保持稳定的姿态，就必须依靠正确的浮力设计。

根据阿基米德原理，物体在液体中受到的浮力等于排开液体的重量。

因此，设计师需要精确计算船舶的排水量和重心位置，以确保船舶在满载和空载等不同工况下都能保持适当的吃水深度和纵倾、横倾角度。

同时，为了提高船舶的稳定性，还需要合理设计船舶的型宽、型深和干舷高度等参数，以及布置压载水舱和其他重物，以调整船舶的重心和浮心位置。

船舶在航行中的阻力是影响其速度和燃油消耗的关键因素。

阻力主要包括摩擦阻力、兴波阻力和粘压阻力等。

摩擦阻力是由于船舶表面与水之间的摩擦力产生的，它与船舶的湿表面积和表面粗糙度有关。

为了减小摩擦阻力，船舶的表面通常需要进行光滑处理，并采用合适的涂料来降低表面粗糙度。

兴波阻力是由于船舶在水中航行时产生的波浪引起的能量损失，它与船舶的速度和外形密切相关。

通过优化船舶的首部和尾部形状，如采用球鼻艏和削瘦的尾部，可以有效地减小兴波阻力。

粘压阻力则是由于水流在船舶首部和尾部的流动分离和压力变化产生的，通过合理设计船舶的首尾形状和过渡区域，可以降低粘压阻力。

船舶的推进力是使船舶前进的动力来源，常见的推进方式有螺旋桨推进、喷水推进和吊舱推进等。

在设计推进系统时，需要考虑螺旋桨或喷水装置的效率、功率和转速等参数，以及它们与船舶外形和水流的相互作用。

对影响喷水推进器水动力性能的若干因素的探讨摘要：随着现代船舶制造行业科技水平的不断提升，对船舶的速度性能和隐声性能等方面提出了更高的要求。

喷水推进器是船舶制造行业中的一个非常重要的设备，其自身有效率高、振动小和噪声低等一系列的优点，日益受到专业人员的重视。

对喷水推进器水动力性能的若干影响因素进行研究是改进其某些参数进而提高工作效率的重要方面，也是对其工作性能进行改良的原理基础。

关键词：喷水推进器；水动力性能；影响因素一直以来喷水器推进器的研究主要依靠实验手段，但是受到实验模型、实验条件、实验方法等因素的限制，其实验效果不大理想，难以满足实际生产的需要。

基于此，数值模拟的方法就受到了广泛的欢迎，一方面它的实验条件简单、易于控制，费用低，实验结果比较可靠，另一方面它能够弥补理论研究和实验研究在复杂流动条件下的缺点。

现在数值模拟的数学基础是粘性流理论，这也成为在船舶推进系统中比较复杂的几何和物理性质条件下进行精确求解的重要方法。

1.湍流流动的数学表示喷水推进器在正常运转时，其高速旋转的叶轮会导致流体状态的变化，当其表征状态的雷诺数超过临界值时，就会引发非稳态条件下的湍流，这是一种比较复杂的水流状态，在数学表示上，必须基于一定的假设采用数学模型的形式来满足方程组封闭的条件，把难以确定的值转化为低阶的可以确定的数值。

采用Reynolds时均方程方法来研究喷水推进过程中激发的湍流。

为了表示出流动变量，将其转化成时均值和脉动值代数和的形式：u= +u′，v= +v′，ω= +ω′，p= +p′为了表示出时均连续方程和雷诺方程，我们在其中引入了张量的指标形式：其中，脉动值的乘积项被称为雷诺应力，由于它的存在，加大了动量方程解算的难度，在处理时我们采用涡粘流体模型不直接对其进行处理，通过引入涡粘系数的间接方式，将湍流应力表达成湍流粘度的数学函数，从而建立雷诺应力和平均速度梯度之间的数学模型。

2.数值模拟的参数设置在进行数值模拟的时候，网格的划分是一个非常重要的因素，网格划分质量的好坏对数值模拟的成功具有重要的影响。

第一章 1.什么是快速性？ 船舶快速性是在给定主机功率时，表征船舶航速高低的一种性能。

加2.船体阻力的分类： a 、船舶周围流动现象和产生的原因来分类 R t ＝ R w + R f + R pvb 、按作用在船体表面上的流体作用力的方向来分类 R t = R f + R p C 、按流体性质分类 Rt=Rw+Rv ，其中，Rv=Rf+Rpv d.付汝德分类 Rt=Rf+Rr ，其中，Rr=Rw+Rvp 2.什么叫力学相似？ 两物系任一对应里成比例，所有涉及的力有惯性力，粘性力，重力。

3.付汝德相似的条件是什么？当两形似船的付汝德数Fr 相等时，兴波阻力系数Cw 必相等。

4.什么是比较律？ 形似船在相应速度时（或相同付汝德数Fr ），单位排水量兴波阻力必相等。

（付汝德比较定律）5.雷诺相似的条件是什么？当雷诺数相同时，两形似物体粘性阻力系数必相等。

当雷诺数相同时，不同平板的摩擦阻力系数必相等。

6.为什么说全相似不可能？ 全相似定律：水面船舶的总阻力系数是雷诺数和付汝德的函数，若能实船和船模的雷诺数和付汝德数同时相等，就称为全相似，在满足全相似的条件下，实船和船模的总阻力系数为一常数，称为全相似定律。

若付汝德数和雷诺数同时相等时，则船模和实船的长度以及运动粘性系数应满足实际上船模是在水池中进行试验，而海水和淡水的运动粘性系数相差不大。

可假定，则要满足全相似条件，除非即而且，这意味着实船即船模，或实船在试验池内进行试验，这显然是不现实的。

第二章 7.简述摩擦阻力产生的原因、计算方法。

原因：当水或客气流经平板表面时，由于流体的粘性作用，在平板表面附近形成界层，虽然界层厚度很小，但界层内流体速度的变化率很大。

8.减小摩擦阻力的措施。

减小摩擦阻力的方法：1、首先从船体设计本身考虑，低速船选取较大的排水体积长度系数(或较小的L/B)从减小湿面积的观点看是合理的，另外减少不必要的附体如呆木等，或尽量采用表面积较小的附体亦可减少摩擦阻力。

船舶设计中的流体力学应用与研究船舶在人类的交通、贸易和探索中一直扮演着至关重要的角色。

而船舶设计的优劣直接影响着船舶的性能、效率和安全性。

在船舶设计的诸多领域中，流体力学的应用与研究具有举足轻重的地位。

流体力学是研究流体（包括液体和气体）运动规律以及流体与固体之间相互作用的科学。

对于船舶而言，水就是最常见的流体环境。

船舶在水中航行时，会受到水流的阻力、浮力、兴波等多种流体力学现象的影响。

首先，我们来谈谈阻力。

船舶在水中前进时，水会对船体产生阻力，这包括摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力等。

摩擦阻力是由于水与船体表面的摩擦产生的，它与船体的表面粗糙度和湿表面积有关。

为了减小摩擦阻力，船舶设计师会采用光滑的船体表面涂层，并优化船体的线型，以减少湿表面积。

形状阻力则与船体的形状和流线型程度有关。

一个设计良好的船体形状能够有效地减少水流的分离和漩涡的产生，从而降低形状阻力。

兴波阻力是船舶在水面航行时产生的波浪所带来的阻力。

通过合理设计船首和船尾的形状，可以减小兴波的高度和能量，进而降低兴波阻力。

浮力是船舶能够在水面上漂浮的关键因素。

根据阿基米德原理，物体在液体中受到的浮力等于排开液体的重量。

在船舶设计中，设计师需要精确计算船舶的排水量和重心位置，以确保船舶在不同装载情况下都能保持平衡和稳定的浮态。

如果浮力计算不准确，船舶可能会出现沉没或者过度倾斜的危险。

除了阻力和浮力，船舶的操纵性和稳定性也与流体力学密切相关。

船舶的操纵性是指船舶改变航向和速度的能力。

通过研究水流在舵面和螺旋桨上的作用，设计师可以优化舵和螺旋桨的形状和布置，以提高船舶的操纵性能。

稳定性则包括横稳性和纵稳性。

横稳性是指船舶在横向受到外力作用时恢复平衡的能力，纵稳性是指船舶在纵向（首尾方向）受到外力作用时的平衡能力。

流体力学的研究可以帮助设计师了解船舶在不同姿态下的受力情况，从而采取相应的措施来提高船舶的稳定性。

在船舶设计中应用流体力学，离不开各种实验和数值模拟方法。

机械零件的表面粗糙度优化在机械制造领域，表面粗糙度是一个重要的参数，直接影响着零件的性能和品质。

因此，优化机械零件的表面粗糙度是提高产品质量的关键。

一、表面粗糙度的影响机械零件的表面粗糙度对其功能和寿命有着重要的影响。

首先，表面粗糙度影响着零件的摩擦系数和表面接触面积。

当表面粗糙度过大时，摩擦系数增大，会导致零件在工作过程中产生过多的磨损，并且会增加能量损失。

其次，表面粗糙度还会影响零件的润滑性能。

光滑表面的零件能够减少油膜的破裂，保证油膜的完整性，从而提高零件的寿命。

最后，表面粗糙度还会影响零件的密封性能。

过大的表面粗糙度会使得密封面接触不紧密，导致泄漏问题。

二、实施表面粗糙度优化的方法1. 加工工艺优化在机械加工过程中，选择合适的切削工艺参数和刀具，是实施表面粗糙度优化的重要方法之一。

例如，选择适当的切削刃数、进给量和转速，能够有效降低表面粗糙度。

同时，选择高质量的刀具，能够减少切削力和切削震动，提高加工质量。

2. 加工介质的选择在机械加工过程中，加工介质的选择也对表面粗糙度有一定的影响。

例如，在铣削和磨削等加工过程中，通过加工液的冷却、润滑和冲洗作用，可以有效降低加工过程中的摩擦和热量，提高表面加工质量。

3. 表面处理技术的应用表面处理技术是实施表面粗糙度优化的重要手段之一。

例如，通过机械划痕、研磨和抛光等技术，可以有效减小零件表面的粗糙度。

此外，还可以采用化学处理、电解抛光和电镀等方法，提高零件表面的光洁度。

4. 材料选择与热处理材料的选择和热处理也对机械零件的表面粗糙度有重要影响。

选择粒度均匀、结构稳定的材料，可以降低零件表面的粗糙度。

此外，通过热处理，也能够改善材料的表面性能，减小零件的尺寸变化和表面缺陷，提高表面光洁度。

三、表面粗糙度优化的效果评估表面粗糙度优化的效果评估是确保优化有效性的重要环节。

常用的评估方法有：测量法、观察法和试验法等。

其中，测量法是最直接、最常用的方法，通过表面粗糙度仪和光学显微镜等设备，测量和观察零件表面的粗糙度情况。

船舶设计中的流体力学优化与应用研究分析船舶作为人类在海洋中航行的重要工具，其性能的优劣直接关系到航行的安全、效率和经济性。

在船舶设计过程中，流体力学的优化与应用是至关重要的环节。

流体力学作为一门研究流体运动规律的学科，为船舶设计提供了理论基础和技术支持，帮助船舶设计师更好地理解船舶在水中的运动特性，从而实现船舶性能的优化。

一、流体力学在船舶设计中的重要性船舶在水中航行时，会受到水的阻力、浮力、升力等多种力的作用。

这些力的大小和分布直接影响船舶的航行速度、稳定性、操纵性和燃油经济性。

流体力学的研究可以帮助我们准确地计算这些力，从而为船舶的设计提供科学依据。

例如，通过流体力学的分析，我们可以优化船舶的外形，减少水的阻力，提高船舶的航行速度和燃油经济性。

同时，流体力学还可以帮助我们设计更加合理的船舶推进系统，提高推进效率，降低噪音和振动。

二、船舶设计中常见的流体力学问题1、阻力问题船舶在水中航行时，水的阻力是影响其性能的主要因素之一。

阻力主要包括摩擦阻力、兴波阻力和粘压阻力。

摩擦阻力是由于水与船舶表面的摩擦产生的，兴波阻力是由于船舶在水中航行时产生的波浪引起的，粘压阻力则是由于水流在船舶尾部的分离和漩涡产生的。

为了减少阻力，船舶设计师通常会采用流线型的外形设计，减少船舶表面的粗糙度，优化船舶的长宽比和吃水深度等参数。

此外，还可以通过安装减阻装置，如球鼻艏、消波鳍等，来降低兴波阻力。

2、稳定性问题船舶的稳定性是指船舶在受到外力作用时保持平衡的能力。

在船舶设计中，需要考虑船舶的横稳性、纵稳性和动稳性。

流体力学的研究可以帮助我们计算船舶在不同装载情况下的重心位置和浮心位置，从而评估船舶的稳定性。

为了提高船舶的稳定性，可以通过调整船舶的重心位置、增加压载水、优化船舶的外形等方法来实现。

3、操纵性问题船舶的操纵性是指船舶按照驾驶员的意图改变航向和速度的能力。

流体力学的研究可以帮助我们分析船舶在转向时水动力的变化，从而优化船舶的舵系设计和推进系统布置，提高船舶的操纵性。