粘壓阻力

粘性阻力是由於液體的粘性對運動物體產生的阻力。粘性阻力包括摩擦阻力和粘性壓差阻力。摩擦阻力產生於水對船本表面的粘著作用，在船舶行駛總阻易中占比重最大達50%以上。縮短船長，減少船的浸水面積可減小摩擦阻力。粘性壓差阻力是因粘性引起船首、尾壓力差而產生，其值同船體、特別是船尾部形狀有關。採用流線形和加大船體長寬比可減小粘性壓差阻力。

基本介紹

• 中文名：粘壓阻力
• 外文名：viscous resistaflce
• 實質：液體的粘性對運動物體產生的阻力
• 分類：摩擦阻力和粘性壓差阻力
• 減小方案：採用流線形和加大船體長寬比
• 影響因素：船體、特別是船尾部形狀有關

簡介

當船舶或其模型在液體中運動時，粘性力的影響局限在流動的某一區域內，該區域位於緊貼物體表面之處，並稱之為邊界層。邊界層的厚度與物體的長度比較是相當小的，而且由艏至艉逐漸增厚。物體的粘性阻力依其運動速度的變化特點，在很大的程度上取決於在邊界層內所發生的現象。

性質

粘性阻力來自繞物體流動時的粘性影響，它是摩擦阻力和形狀阻力之和，並且對於不同形狀的物體或船舶，它們之間的關係可在很大範圍內變化。當船舶或其它物體沿液面運動時，其阻力是摩擦阻力與興波阻力之和。

從繞流結構的特點和粘性阻力係數隨物體的Re數的變化關係出發，可將物體分為流線型物體或非流線型物體。

對於流線型物體，邊界層將平順地自尾緣離去，並在物體後面形成一個具有連續分布的旋渦的、而通常是湍流流態的伴流區。這種物體的粘性阻力的70-100%是摩擦阻力。

對於非流線型物體，在繞它流動時邊界層將發生離體，而流體動力尾跡在柱形物體的後面將由渦列組成，或在空間物體的後面將由更複雜的套圈式的旋渦組成。這些物體的粘性阻力基本上(有時是全部)由形狀阻力組成。

減小的措施

物體的粘性阻力包括形狀阻力及摩擦阻力兩部分。物體的形狀阻力，是粘性流體繞流時，在物體表面上所作用的壓力的合力，在流動方向上的投影是壓差阻力。形狀阻力的大小與邊界層的分離情況密切相關，不分離比分離阻力小，遲分離比早分離阻力也小。因此，為降低形狀阻力，則應阻止或儘量推遲邊界層的分離。物體的摩擦阻力，是粘性流體在物體表面上所作用的摩擦切應力的合力，在流動方向上的投影摩擦阻力的大小，與邊界層及物體表面狀況有關：邊界層中層流比紊流阻力小，邊界層厚的比薄的阻力小，物面光滑的比粗糙的阻力小，潤濕面小的比大的阻力也小。因此，為降低摩擦阻力，則應維持邊界層流動為層流並儘量減小潤濕面及物面粗糙度。

減小形狀阻力

1、採用流線型外形

被繞流體如採用圓頭、尖尾細長剖面形的流線型體，由於其上所形成的逆壓梯度較和緩，流體質點能夠克服逆壓與粘性摩擦而流至尾部。這樣，採用流線型體就能阻止或至少推遲邊界層的分離，從而達到減小形狀阻力的目的。諸如水泵、水輪機的葉片和機翼等採用流線型體，就是這個道理。

2．邊界層控制

對於一些剖面形狀或尺寸有特定要求的物體，如其表面逆壓梯度又很大時，為了避免邊界層分離，必須採取邊界層控制的辦法：前緣縫翼是航空上採用的一種控制邊界層的方法。

流體經它流向機翼的上表面時，流速加快，於是便增加了上表面邊界層流體的動能。這樣就可以使上表面邊界層不致在翼前部發生分離。在壁面上開縫，把邊界層內遲滯下來的流體吸走；流來新的，具有較大動能的流體，這樣也能避免邊界層的分離。這是控制邊界層，避免分離的又一個辦法。

減小摩擦阻力

採取上述措施後，避免或推遲了邊界層的分離，從而形狀阻力大為降低，這時，摩擦阻力便突出了起來。為了進一步減小粘性阻力，便需要降低摩擦阻力了。

由於層流邊界層在物面上所產生的切應力要比紊流小的多，故為了減小摩擦阻力，應使物面上的層流邊界層儘可能地長，也就是應使層流邊界層轉變為紊流邊界層的轉換點儘可能往後推移。由於加速流動比減速流動更容易使邊界層保持層流，因此只要把繞流物體的最大速度點位置儘可能後移，也就是把繞流物體的最大厚度點位置儘可能向後移，就可以使邊界層保持儘可能長的層流段，從而達到減小摩擦阻力的目的。