船舶在限制航道中的阻力

项目七船舶阻力九、船舶在限制航道中的阻力

深水航道：航道边界不受限制的情况称为深水航道。

限制航道：有边界限制的航道。限制航道可分为：仅水深受限制的浅水情况和深度及宽度都受限制的狭窄水道两种情况。应该指出的是限制航道的概念不是绝对的，实际上任何航道都有边界。这里主要视其对船舶阻力是否产生影响而定。航道对阻力的影响主要取决于航道的深度、宽度和船的尺度、航速之间的相对情况。航速低时，航道对阻力不产生影响；船速较高时，航道对船阻力的影响相当显著。

我们仅讨论浅水对阻力的影响。一、限制航道的概念浅水对阻力的影响主要是由于船体周围的流场及兴波情况发生变化引起的。

1、浅水对流场及粘性阻力的影响

粘性阻力主要是由船体周围的流场决定的。浅水所引起的流场变化，主要反映在船体周围，特别是船底的流速增大，致使粘性阻力增大；同时由流场变化导致船的航态变化使粘性阻力进一步增大。

1）回流速度增大

浅水航道中航行的船舶，当流体流经船体时，由于船体曲率的影响，除船首尾两端部外，船体周围水的流速将较来流速度有所增大，设其平均增量为∆V，∆V与船速方向相反，称为回流速度或简称回流。二、浅水对阻力的影响

由于浅水对流场影响使回流速度增大的现象称为浅水阻塞效应。图8-1浅水中的流动状态比较

(a)深水理想流体情况；

(b)浅水理想流体情况；

(c)浅水中实际的流体情况。

2）浅水中航态变化

船舶在浅水中航行时，浅水对船体周围流场产生影响的同时，将伴随有航态发生变化：1）由于船底流速增加，压力降低，从而使船体下沉，吃水增加。

2）由于船底和河床边界层厚度均自船首向船尾逐渐增加，因而船尾与河床的间隙较船首处为小，流速增加更大，压力下降更甚，船尾下沉较船首大，因而产生尾倾现象。

3）浅水对粘性阻力的影响首先，由于浅水船周围的流速比深水船为大，且其舷侧湿面积因船体下沉而有所增加，所以必然使摩擦阻力增大。

其次，因浅水中回流增加，即水流与船体的相对速度有明显的增大，压力下降亦大，所以压力梯度增大；同时船尾与河床的间隙小，易于产生旋涡，粘压阻力随之增加。综上分析知，浅水航道将引起船体周围流场变化，从而使粘性阻力增加。

2、浅水对兴波阻力的影响

浅水对兴波阻力亦产生一定的影响，对兴波的影响主要表现在：船舶在浅水中航行时兴起的波浪的参数，如波高、波速(或波长)与深水情况有所不同，同时兴波图形也发生明显的变化。

水深傅汝德数是影响兴波情况的重要参数。

1）浅水引起波浪参数的改变首先，由于浅水中水流相对于船体的流速将有明显的增加，因此在相同船速情况下，浅水中波浪的波高比深水波要大。这是造成船舶在浅水中航行时，其兴波阻力要比深水情况为大的原因之一。

其次，浅水波的波速将随着水深h而变化，这也是造成浅水兴波阻力增加的重要原因。

2）浅水引起波浪图形的变化

在深水情况下的船行波，可以近似用凯尔文波系来说明。根据观察，船波系的横波与散波波峰交点的连线与纵中剖面间的夹角β可以认为保持19˚28′(即凯尔文角)，不随航速变化。而在浅水情况下，β角、波长以及船的航态均发生不同程度的变化。

3）浅水引起波浪变化对阻力的影响

重要结论：一定速度范围内，兴波阻力较深水情况大得多，但超临界速度的高速时，兴波反较深水为小。

3、浅水对总阻力的影响

请结合曲线图理解

总之，浅水对阻力的影响主要由于船体周围的流场及兴波情况发生变化所引起。船舶在有限水深中航行时，由于水浅，而使水与船体的相对速度增大。同时，对船体兴波情况亦将产生影响，以致使船的航态和阻力性能等均发生变化，这种现象称为浅水效应。END

2）浅水中航态变化

船舶在浅水中航行时，浅水对船体周围流场产生影响的同时，将伴随有航态发生变化：1）由于船底流速增加，压力降低，从而使船体下沉，吃水增加。

2）由于船底和河床边界层厚度均自船首向船尾逐渐增加，因而船尾与河床的间隙较船首处为小，流速增加更大，压力下降更甚，船尾下沉较船首大，因而产生尾倾现象。