粘性阻力

粘性阻力是指船舶航行時所受到的因流體粘性所產生的阻力(R)，包括摩擦阻力和粘性壓阻力。摩擦阻力一股占粘性阻力的主要部分。粘性阻力很難與其他阻力成分分開，故不易精確量得。多用尾流測量法近似得到，要將屬於興波阻力的破波阻力成分剔除。理論計算也尚未有滿意的方法。實用中對常規水面船舶可按國際船模試驗水池會議ITTC l 978預報法求得船模或實船的粘性。

基本介紹

• 中文名：粘性阻力
• 外文名：viscous resistance
• 定義：船舶所受的因流體粘性產生的阻力
• 組成：摩擦阻力和粘性壓阻力
• 測量方法：尾流測量法、預報法
• 避免方法：採用流線形和加大船體長寬比

簡介

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。縮短鉿長，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旨、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。

性質

粘性阻力來自繞物體流動肘的粘性影響，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。若用實驗的方法將這些分量分離出來還需要運用附加的假設。對於在連續介質中或深潛在自由液面之下的運動物體可進行粘性阻力的研究；同樣的，對於沿自由液面運動的，其速度不會引起興波的船舶和模型也可進行粘性阻力的研究。

從繞流結構的特點和粘性阻力係數隨物體的雷諾準數的變化關係出發，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。

降低粘性阻力的方法

因為粘性阻力在船舶之總阻力的平衡中起主要的作用，而對深潛物體而言，在多數情形下它甚至占這個數量的100%，所以研究降低它的途徑是一個很重要的任務。對於流線型的物體，因為它們的形狀阻力不大，所以主要的注意力應放在降低摩擦阻力的方法上面。

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。這是在主翼前端安裝一個小的輔翼(圖1a)，二翼間留有一個進口寬，出口窄的小隔縫，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(圖1b)。這是控制邊界層、避免分離的又一個辦法。這個辦法，首先被勃朗特套用於阻止管道擴大處的邊界層分離。

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。為了進二步減小粘性阻力，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毒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盾移，也就是把披繞流物體；．洳翼型)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。但須注意，這時對物面租糙度要求很嚴，否則邊界層仍舊保持不了層流。