中山大学
本科生实验报告书
院 系 工学院应用力学与工程系 专业班级 理论与应用力学10级 实验课程 实验流体力学 姓 名 程彬 学 号 10332054 实验地点 中山大学工学院流体实验室 实验时间 2013年 6 月 7 日 指导教师 苏炜
船模阻力实验
船舶在水面上航行时，会遭受水的阻力作用。如何预测船舶在航行时所遭受的阻力？船型和阻力之间的关系如何？这是船舶设计研究需要解决的重要问题。迄今为止，船模阻力实验是确定船舶阻力的最有效的方法。近年来，根据流体力学基本理论研究船舶阻力问题有很大进展，加上电子计算机的广泛应用，使得船舶阻力的理论计算方法有很大发展。但是，由于船舶阻力问题比较复杂，在理论计算时常需作某些简化假定，故所得结果与实际到底存在多大差别，需要用船模实验结果进行检验，或进行适当的修正。综上所述，船模阻力实验是目前研究船舶阻力最基本有效的方法。 一、实验目的和内容
1. 测定船模阻力与速度之间的关系。
2. 求出实船阻力（有效功率）与航速之间的关系。 二、实验方法
图1为我校试验水池简图。拖车可沿水池两旁的轨道上行走；拖车上装置有控制、驱动系统及有关测量仪器，并载若干名试验人员。图2表示船模与拖车连接的情况，拖曳船模的钢丝通过导轮与阻力仪连接。
图1
试验时，预先根据实船速度Vs ，按相似定律确定船模速度Vm ，
V m =V s /
式中λ=
L S
，称缩尺比。 L M
图2
拖车起动，并通过刹船架夹住船模一起加速，当拖车达到所要求速度下等速前进时，松开刹船架，此时拖车通过钢丝拖着船模前进，由阻力仪器测出钢丝拖力（也就是船模阻力Rtm ），并同时用测速仪测量拖车速度（也就是船模速度Vm ）。记录完毕，刹住船模，拖车减速，刹车，退回原处，这就完成了一个速度点的试验。重复上述过程，直到得到完整的一条阻力曲线。
三、由船模试验结果换算到实船阻力的方法
由船舶阻力理论已知，船舶在航行时遭受的总阻力可分为摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。船模试验只能测得其总阻力。目前，阻力换算方法有两种，其中一种式佛鲁德法（又称二因次法），即假定将船舶总阻力分为摩擦阻力和剩余阻力两部分，剩余阻力(包括兴波阻力和形状阻力) 可以应用重力相似定律，而摩擦阻力则与同速度、同长度、同湿面积的平板（称为相当平板）的摩擦阻力相等。根据这一假定，就可以从船模试验结果计算同一佛氏数时的阻力。换算步骤如下：
1. 计算船模总阻力系数
Ctm =
Rtm 2ρm S M V M 2
式中，Rtm ——船模阻力，牛顿
ρm ——试验水池水密度，公斤/米3
S m ——船模湿面积，米2 V m ——船模速度，米/秒
2. 计算船模摩擦阻力系数。平板摩擦阻力系数公式很多，目前常用国际水池会议推荐的公式：
C fm =
0. 075
lg Rem -22
式中，Rem =
VmLm
υm
——船模雷诺数
Lm ——船模水线长，米
υm ——试验水池中的水的运动粘性系数，可从水温表查得
3. 计算船模的剩余阻力系数
Crm =Ctm -C fm
4. 求实船的相对应速度及实船剩余阻力系数。根据相似定律，实船与船模佛鲁德数相等时，剩余阻力系数相等。
由
V S V
=m gL 3gL m
L S
=V m . (米/秒) L m
得 V S =V m . 此时Crs ＝Crm
5. 计算实船摩擦阻力系数（C fS +∆C f ）
C fS =
0. 075
lg Res -22
V S . L S
式中，Res =
υm
——实船雷诺数。
Ls ——实船水线长，米。
υS ——水的运动粘性系数，一般取15°C 时的值
通常取实船粗糙度补贴∆C f =0. 4⨯10 6. 计算实船总阻力系数
-3
Cts =Crm +C fS +∆C f
7. 计算实船总阻力
Rts =
1
ρsSsV S 2Cts （牛顿） 2
式中，Ss ——实船湿面积，米2
ρs ——水的密度，公斤/米3，一般取15°C 时的值
在工程上，实船总阻力通常用有效功率表示：
P ES
R ts . V S
(千瓦)
1000
以上计算，通常列表进行较为方便。 四、实验结果
主要参数：
尺度比：50
船模阻力实验记录表：
船模编号： 1 船模排水量： 0.132m 3船模吃水： 0.164 激流方法：拖车拖动使用仪器：拖车、船模 试验水深： 3m 试验水温： 24.5℃船模材料：__塑料_____ 试验者：程彬指导老师：苏炜日期：_2013-6-6
实船有效功率计算表：
中山大学
本科生实验报告书
院 系 工学院应用力学与工程系 专业班级 理论与应用力学10级 实验课程 实验流体力学 姓 名 程彬 学 号 10332054 实验地点 中山大学工学院流体实验室 实验时间 2013年 6 月 7 日 指导教师 苏炜
船模阻力实验
船舶在水面上航行时，会遭受水的阻力作用。如何预测船舶在航行时所遭受的阻力？船型和阻力之间的关系如何？这是船舶设计研究需要解决的重要问题。迄今为止，船模阻力实验是确定船舶阻力的最有效的方法。近年来，根据流体力学基本理论研究船舶阻力问题有很大进展，加上电子计算机的广泛应用，使得船舶阻力的理论计算方法有很大发展。但是，由于船舶阻力问题比较复杂，在理论计算时常需作某些简化假定，故所得结果与实际到底存在多大差别，需要用船模实验结果进行检验，或进行适当的修正。综上所述，船模阻力实验是目前研究船舶阻力最基本有效的方法。 一、实验目的和内容
1. 测定船模阻力与速度之间的关系。
2. 求出实船阻力（有效功率）与航速之间的关系。 二、实验方法
图1为我校试验水池简图。拖车可沿水池两旁的轨道上行走；拖车上装置有控制、驱动系统及有关测量仪器，并载若干名试验人员。图2表示船模与拖车连接的情况，拖曳船模的钢丝通过导轮与阻力仪连接。
图1
试验时，预先根据实船速度Vs ，按相似定律确定船模速度Vm ，
V m =V s /
式中λ=
L S
，称缩尺比。 L M
图2
拖车起动，并通过刹船架夹住船模一起加速，当拖车达到所要求速度下等速前进时，松开刹船架，此时拖车通过钢丝拖着船模前进，由阻力仪器测出钢丝拖力（也就是船模阻力Rtm ），并同时用测速仪测量拖车速度（也就是船模速度Vm ）。记录完毕，刹住船模，拖车减速，刹车，退回原处，这就完成了一个速度点的试验。重复上述过程，直到得到完整的一条阻力曲线。
三、由船模试验结果换算到实船阻力的方法
由船舶阻力理论已知，船舶在航行时遭受的总阻力可分为摩擦阻力、形状阻力和兴波阻力。船模试验只能测得其总阻力。目前，阻力换算方法有两种，其中一种式佛鲁德法（又称二因次法），即假定将船舶总阻力分为摩擦阻力和剩余阻力两部分，剩余阻力(包括兴波阻力和形状阻力) 可以应用重力相似定律，而摩擦阻力则与同速度、同长度、同湿面积的平板（称为相当平板）的摩擦阻力相等。根据这一假定，就可以从船模试验结果计算同一佛氏数时的阻力。换算步骤如下：
1. 计算船模总阻力系数
Ctm =
Rtm 2ρm S M V M 2
式中，Rtm ——船模阻力，牛顿
ρm ——试验水池水密度，公斤/米3
S m ——船模湿面积，米2 V m ——船模速度，米/秒
2. 计算船模摩擦阻力系数。平板摩擦阻力系数公式很多，目前常用国际水池会议推荐的公式：
C fm =
0. 075
lg Rem -22
式中，Rem =
VmLm
υm
——船模雷诺数
Lm ——船模水线长，米
υm ——试验水池中的水的运动粘性系数，可从水温表查得
3. 计算船模的剩余阻力系数
Crm =Ctm -C fm
4. 求实船的相对应速度及实船剩余阻力系数。根据相似定律，实船与船模佛鲁德数相等时，剩余阻力系数相等。
由
V S V
=m gL 3gL m
L S
=V m . (米/秒) L m
得 V S =V m . 此时Crs ＝Crm
5. 计算实船摩擦阻力系数（C fS +∆C f ）
C fS =
0. 075
lg Res -22
V S . L S
式中，Res =
υm
——实船雷诺数。
Ls ——实船水线长，米。
υS ——水的运动粘性系数，一般取15°C 时的值
通常取实船粗糙度补贴∆C f =0. 4⨯10 6. 计算实船总阻力系数
-3
Cts =Crm +C fS +∆C f
7. 计算实船总阻力
Rts =
1
ρsSsV S 2Cts （牛顿） 2
式中，Ss ——实船湿面积，米2
ρs ——水的密度，公斤/米3，一般取15°C 时的值
在工程上，实船总阻力通常用有效功率表示：
P ES
R ts . V S
(千瓦)
1000
以上计算，通常列表进行较为方便。 四、实验结果
主要参数：
尺度比：50
船模阻力实验记录表：
船模编号： 1 船模排水量： 0.132m 3船模吃水： 0.164 激流方法：拖车拖动使用仪器：拖车、船模 试验水深： 3m 试验水温： 24.5℃船模材料：__塑料_____ 试验者：程彬指导老师：苏炜日期：_2013-6-6
实船有效功率计算表：