Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt, chương 1

Chia sẻ: Do Van Nga Te | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

242
lượt xem 36
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các thành phần sức cản. Khi tàu chạy trên mặt nước, thân tàu chịu tác dụng của các phản lực không khí và nước. Lực ngược chiều với hướng chuyển động của thân tàu gọi là sức cản tàu thuỷ. Thành phần sức cản tổng hợp tác dụng lên tàu bao gồm: sức cản môi trường nước, sức cản của môi trường không khí và thành phần sức cản phụ do các thiết bị như bánh lái, chân vịt … gây ra. Sức cản do môi trường nước tạo ra là rất lớn, lớn hơn nhiều so với sức cản...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt, chương 1

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ SỨC CẢN TÀU THUỶ. 2.1.1. Các thành phần sức cản. Khi tàu chạy trên mặt nước, thân tàu chịu tác dụng của các phản lực không khí và nước. Lực ngược chiều với hướng chuyển động của thân tàu gọi là sức cản tàu thuỷ. Thành phần sức cản tổng hợp tác dụng lên tàu bao gồm: sức cản môi trường nước, sức cản của môi trường không khí và thành phần sức cản phụ do các thiết bị như bánh lái, chân vịt … gây ra. Sức cản do môi trường nước tạo ra là rất lớn, lớn hơn nhiều so với sức cản không khí. Nó ảnh hưởng lớn đến tốc độ tàu cũng như các tính năng khác của tàu khi chuyển động, nên luôn được các nhà thiết kế quan tâm và nghiên cứu. 2.1.1.1. Sức cản môi trường nước Khảo sát phân tố diện tích dS trên bề mặt vỏ tàu dưới nước (còn gọi là diện tích mặt ướt S). Lực thuỷ động tác dụng lên phân tố dS được phân tích thành các   thành phần pháp tuyến ( p dS) và tiếp tuyến (  dS).
Hình 2.1: Lực thuỷ động tác dụng lên vỏ tàu khi chuyển động tiến theo Ox Tổng hợp các lực trên toàn bộ mặt ướt vỏ tàu, chiếu theo phương Ox tương ứng sẽ được các thành phần sức cản có tên gọi là sức cản áp suất (Rp) và sức cản ma sát (Rms).
R p   pcos(p, (2-1) R ms   cos( (2-2) x)dS ; , x)dS S S 2.1.1.2 Sức cản ma sát (Rms ) Thực chất sức cản ma sát của tàu (Rms) xuất hiện là do độ nhớt chất lỏng gây ra ma sát giữa lớp chất lỏng với vỏ tàu và giữa các lớp chất lỏng với nhau. Đại lượng này được xác định theo sức cản của tấm phẳng có tính đến độ cong và độ nhám của bề mặt vỏ tàu so với tấm phẳng theo công thức tổng quát: V 2 Rms = CmstàuS (2-3) 2 Trong đó: V: Vận tốc tàu. S: Diện tích mặt ướt. Cmstàu: Hệ số sức cản ma sát của tàu. Cmstàu được tính theo công thức: Cmstàu = k. Cmstptđ + Cbm Với k: Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ cong bề mặt vỏ tàu so với tấm phẳng, có giá trị nằm trong khoảng (1.02 1.08), phụ thuộc vào tỷ số L/B. Cbm: Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt vỏ tàu, thường có giá trị nằm trong khoảng (0.0003  0.0008), phụ thuộc vào vật liệu làm vỏ tàu và điều kiện làm việc … Cmstptđ:Hệ số sức cản ma sát của tấm phẳng tương đương với tàu, tức
là tấm phẳng có chiều dài và diện tích mặt ướt của tàu, chuyển động trong cùng một chất lỏng với tốc độ bằng tốc độ tàu. Nó phụ thuộc vào giá trị số Reynolds.  Re = V * L (2-4)  - Khi Re  2.105: Dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy tầng. 1.32 Cmstptđ8 (2-5) = Re - Khi Re  2.105: Dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy rối. Cmstptđ = 0.45 (2-6) 5 lg 2.58 (Re) - Hoặc theo công thức của Hội nghị quốc tế các bể thử lần VIII(ITTC-1957)
Cmstptđ = 0.07 (2-7) 5 (lg Re2 2) 2.1.1.3 Sức cản áp sức (Rp) Khi tàu chuyển động làm phân bố lại áp lực và tốc độ dòng chất lỏng chảy quanh bề mặt vỏ tàu (hiện tượng này gọi là hiện tượng lưu tuyến). Hình 2.2: Hiện tượng lưu tuyến của dòng chất lỏng xung quanh bề mặt vỏ tàu Theo định luật Becnuly, ở khu vực mũi và đuôi do tiết diện dòng chảy tăng lên nên tốc độ dòng chảy giảm và áp lực dòng chảy tăng. Trong khi đó tại phần giữa tàu, do các dòng chất lỏng bị ép lên nhau làm giảm tiết diện ngang nên tốc độ dòng chảy lại tăng và áp lực trong dòng chảy lại giảm xuống. Kết quả của sự phân bố lại áp lực và tốc độ trong dòng chất lỏng quanh bề mặt vỏ tàu là nguyên nhân gây ra sức cản áp suất gồm sức cản hình dáng và sức cản sinh sóng. 1. Sức cản hình dáng (Rhd) Sức cản hình dáng xuất hiện là do sự phân bố lại áp lực và tốc độ trong dòng chất lỏng chảy dọc theo bề mặt vỏ tàu và gây ra khu vực xoáy nằm phía sau đuôi tàu
như sau: Khu vực xoáy Hình 2.3: Sức cản hình dáng
Trong khu vực từ mũi về sườn giữa tàu, do các phần tử chất lỏng chuyển động theo chiều giảm của áp lực nên tốc độ các phần tử tăng dần và đạt giá trị lớn nhất tại sườn giữa tàu. Còn khu vực từ sườn giữa tàu về phía đuôi tàu, các phần tử chất lỏng lại chuyển động theo chiều tăng áp lực nên tốc độ các phần tử giảm dần, do đó động năng cũng giảm dần. Riêng lớp chất lỏng chạy sát vỏ tàu, do sự ma sát với bề mặt vỏ tàu nên năng lượng của nó ngoài khắc phục sự tăng của áp lực còn phải thắng được sự ma sát nên bị giảm rất nhanh và đến một lúc nào đó, dưới sự tăng của áp lực trong dòng chảy chất lỏng sẽ làm xuất hiện một dòng chất lỏng chảy ngược sát bề mặt vỏ tàu, hướng cùng chiều chuyển động của tàu. Dòng chất lỏng ngược ép và tách lớp biên khỏi bề mặt vỏ tàu, tạo ra vùng xoáy sau đuôi tàu, làm áp lực phía sau đuôi tàu giảm tạo ra một lực cản, được gọi là sức cản hình dáng của tàu.