ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 2 ppt

23 Ch ơng2 Lựccảnnhớt Khitàuchuyển độngtrongchấtlỏngnhớtvớisốRelớn,do ảnh h ởngcủađộ nhớt nên cấu của dòng chảy ở vùng gần bề mặt vật thể gọi là lớp biên. Chiềudàylớpbiên tăngdầntừđầuvềđuôivậtthể.Cấutrúclớpbiênvànhững hiện t ợngxảy ra trong đó làm thay đổi lực cản nhớt một cách đáng kể. Lớpbiênkếtthúc đều đặn ở phía đuôihoặcbịtách ở bề mặtvậtthể,songcảhai tr ờnghợpkểtrênphíasauvậtthể sẽ tạothànhmộtvùngluồngchảy, đuợcgọilàvùng vếtthuỷđộnghọc.Trongvùngnàyng ờita đặtchongchóng,bánhláicủatàumột chong chóng. ngoàivùnglớpbiênvàvếtthuỷđộnghọclựcnhớtkhông đángkểcóthể đ ợc bỏ qua và coi nó nh luồng chảy của chất lỏng không nhớt. Đặctr ngcơbảncủalớpbiênlàchiềudàylớpbiên ,làkhoảngcách đotheo ph ơngpháptuyếnvớibềmặtcủavậtthể mà tại đó thànhphầndọccủavậntốcđạttới 99,5% so với trị số vận tốc của luồng ngoài tại điểm đó của vật thể. Tạimộttiếtdiệncủalớpbiênvậntốctrênmặtvậtbằngkhôngdo điềukiệndính nhớt.Trong lớp biên vận tốc tăng dần từ mặt vật ra biên ngoài. Nếubánkínhcongcủavậtthể là lớnvàchiềudàylớpbiên t ơng đốinhỏ thìáp suất tại tiết diện đó của lớp biên là không đổi và t ơng ứng với áp suất ở biên ngoài. Có sự phân biệt giữa lớp biên phẳng và lớp biên không gian nh sau: Lớpbiênphẳngxuấthiệntrongtr ờnghợpchảybaocácvậtthể có kíchth ớclớn vuông góc với đ ờng sinh của chúng (tấm, cánh, trụ) Lớpbiênkhônggianxuấthiệntrongtr ờnghợpchảybaocácvậtthể trònxoayvà thântàu.Trongtr ờnghợpchảybaovậtthể trònxoaylớpbiên đốixứngvớitrụccủa vật thể. Để mô tả lớpbiênphẳngvàđốixứngtrụctadùnghaitoạđộ x,y, h ớngcủatrụcx dọctheobềmặtcủavậtthể, h ớngcủatrụcytheoph ơngpháptuyếnvớimặtvậtthể, nghĩa là v x = f(y). Chảybaovậtthântàuxuấthiệnlớpbiênbachiều(khônggian)cócấutrúcluồng chảy khác nhiều so với lớp biên phẳng và đối xứng trục. Tronglớpbiênphẳnghoặcbachiềuxuấthiệnluồngchảytầnghoặcrối.Luồng chảy rối đặc tr ng cho tàu thực và mô hình của nó. Chiềudàylớpbiên ,cácđặctr ngtíchphân *và**xác định từ sự phân bố vận tốc v x = f(y) , 0 xx , 0 x dy v v v v 1** v v 1* (2.1.1) 24 Trong đó: v - vận tốc tại biên ngoài của lớp biên * - chiều dày nén, đặc tr ng trị số lệch của đ ờng dòng ở luồng ngoài. **-Chiềudàytổnthấtxung,tỉlệthuậnvớitổnthất động l ợngcủadòngchảy để thắng lực nhớt ở lớp biên và ứng suất tiếp xuất hiện trên bề mặt vật thể. Các số Râynol tại một tiết diện của lớp biên có thể viết: v Re ; *v *Re ; **v *Re* (2.1.2) Cáctrị số củachúngsẽảnh h ởng đếnsựchuyểntiếptừchảytầngsangchảyrốiở lớp biên. Chiềudàylớpbiên tăngdầntừđầutớiđuôivật.Dùvậntốcởbiênngoàilà không đổithì số Redọctheovậtthể vẫntănglên.Dovậyởđầuvậtthể, đặcbiệtkhi vận tốc không lớn số Re sẽ nhỏ điều đó dẫn đến sẽ duy trì một vùng chảy tầng. Khibaomặtcongxuấthiệnsựgiảm ápsuấtdọctheovậtthể nếu độ sụtdọccủaáp suất x P dọctheolớpbiênlàđángkểthìởvùng đuôivậtthể,nơimà ( x P >0)cóthể có hiện t ợng đứt dòng. sau điểmcó x P =0cácphầntửcủachấtlỏng ở tronglớpbiêndotăng ápsuất mà chúng chuyển dịch về phía đuôi với gia tốc âm. sau điểm y v x =0khiy=0do ápsuất ở phía đuôitănglênlàmxuấthiệndòng chảyng ợc. Đ ờng1(H2.1)biểuthị mặtphâncáchchèn éplớpbiênkhỏimặtvậtthể với điềukiện y v x =0vàtheocôngthứcNiutơn o =0sẽxácđịnh đ ợc điểmtáchcủa lớp biên phẳng và đối xứng trục. Hình 2.1. Sơ đồ tách lớp biên phẳng và đối xứng trục. Lớpbiênbachiềutrongtr ờnghợpchảybaothântàucócấutrúcphứctạphơn,có xuấthiệndòngchảyphụ vuônggócvới đ ờngdòngcủaluồngngoàibiênkhôngnhớt. Vậntốc v z do độ congcủavỏtàuvàảnh h ởngcủasựtụtáptheoph ơngngangcủa đ ờng dòng. 25 Hình 2.2. Đ ờng dòng giới hạn và hệ số ma sát cục bộ C f tại đuôi mô hình tàu. I- đ ờng dòng; II- đ ờng dòng dứt ngsuấttiếp o tạimặtvỏtàu h ớngdọctheo đ ờngdòngvàluồngngoàithântàu tạovới biên ngoài của lớp biên góc o . Hình 2.3. Sơ đồ phát sinh vận tốc v z . Cáctấmphẳng đ ợcbaobằngdòngchấtlỏngtheo h ớngdọc, đặcbiệttấmkhông có l ợngtụtápdọctheobềmặt, điều đó giản đơn đ ợcphéptínhlớpbiênvàlựccản nhớt, mà trong tr ờng hợp này chỉ gồm có lực cản ma sát, nghĩa là R V = R Fo . Khi tính lực cản nhớt của tàu ng ời ta dùng khái niệm tấm phẳng t ơng đ ơng. Tacóthể nhận đ ợcmộtcáchkháđơngiảncôngthứcchung để tínhtoánlựccản ma sát của tấm nhờ các đặc tính của lớp biên ở mép sau của tấm phẳng đó. L 0 oFo dxR (2.2.1) Trong đó: o - ứng suất tiếp trên bề mặt của tấm L - chiều dài của tấm dx d v ** 2 o (2.2.2) Vậy: ** K 2 L 0 **2 Fo vdx.dvR (2.2.3) Đốivới tấm phẳng rất mỏng 0 dx dv S , v oy = 0 và v S = v lúc đó 2 o ** v dx d 26 Hệ số lực cản ma sát của tấm phẳng đ ợcxác định: L 2 Lv R2 C ** K 2 Fo Fo (2.2.4) Biểuthức(2.2.3)vẫnđúngchomọichếđộ dòngchảytronglớpbiênvàmôtảlực cảnmasátcủamộtphíatấmthôngquachiềudàytổnthấtxung **tạimépsaucủa tấm. *Khi chảy tầng các đặc tính trong lớp biên đ ợcxác định bằng các công thức sau: v x 2,5 ; * = 0,332; ** = 0,128; o = 0,332 x v 3 Khisửdụng(2.2.2)tacóthể nhận đ ợccôngthứccủaBLASINSxácđịnhhệsố lực cản ma sát của tấm phẳng Re 328,1 C Fo (2.2.5) Trong đó: Re = vL Từ kếtquả thí nghiệmchocáctrị số Re<2,5.10 5 thì (2.2.5)làcông thức chinh xác để tính hệ số lực cản ma sát của tấm phẳng chảy tầng. *Tínhtoánlựccảnmasátcủatấmphẳngtronglớpbiênchảyrốitrênsuốtchiều dàitấmliênquan đếnviệcchọngầnđúngquyluậtphânbốvậntốctrungbìnhtheo thời giantronglớpbiên,ng ờitanhận đ ợchệthức đơngiảnnhất,songcũngphổ biếnnhất khi sử dụng dạng luỹ thừa: 1H5,0n; y v v n S x Trong đó: H(f)-phụ thuộcvàoph ơngphápxấpxỉquyluậtphânbốvậntốctronglớpbiên theo số Re, n giảm từ 11 1 7 1 thì H = ** * f-thôngsốhìnhdạngcủalớpbiênnóđặctr ngchosựảnh h ởngcủagradien áp suất dọc: f = dx dv 2 ** Nếu lấy n = 11 1 thì : 6 1 f ** 7 1 *Re*00655,0C;0705,0; xv x217,0 và kết hợp với (2.2.4) ta có: C Fo = 0,0307Re -1/7 (2.2.6) Tổngquátnhấtlàdòngchảyrốitronglớpbiêncóquyluậtphânbốvậntốcdạng loga Công thức thoả mãn kết quả C f = (2lgRe x - 0,65) -2,3 đ ợcviết d ới dạng: 58,2 Fo Relg 455,0 C (2.2.7) 27 (2.2.7) đ ợc gọi là công thức PRANTO - SLICHTING Cáckếtquả tínhtoáncủaCACMANthựchiệnvàxâydựngtheomôhìnhtr ờng vận tốc t ơng tự đã đ ợcSENHE đ a ra công thức: Fo Fo CRelg C 242,0 (2.2.8) Năm 1957 khoá họp về các bể thử VIII ng ời ta đã xây dựng đ ợc công thức 2 Fo 2Relg 075,0 C (2.2.9) Theokhuyếnnghị củaHộinghị Quốctếvềcácbểthử nên ápdụngcôngthức (2.2.9) Cácvật thể đ ợc phân thành hai dạng: -Vật thể dễ thoát n ớc -Vật thể khó thoát n ớc. Vớimộtvậtthể xác địnhthì tuỳ thuộcvàoviệc định h ớngnótheoph ơngcủa dòng chảy mà có thể trở thành dạng dễ thoát n ớc hoặc khó thoát n ớc. nhữngvậtthể dễ thoát n ớcthì dòngbaoquanhsẽtrôichảymộtcách êm đềm khỏimépsaucủaphần đuôivàtạoravếtthuỷđộnghọc.Trongvếtthuỷđộnghọcnày tuyrốinh ngkhôngchứacácxoáylớnrờirạc.Vậtthể loạinàylàcáccánh,vậtthể trònxoay. Đặc điểmchínhcủavậtthể dễ thoát n ớclàthànhphầnlựccảnhìnhdáng trong lực cản nhớt th ờng không lớn. Taxét lực cản nhớt của vật thể hình cánh có diện tích S: Sv R 2C 2 V V và của tấm phẳng t ơng đ ơngvới nó: Sv R 2CC 2 Fo FoV Trong đó: mặt ớt của tấm: = 2S Nếu là tấm thì: v K = v, **** K , do đó: K H5,05,2 SK KT K Fo V v v ** ** 2 C C (2.3.1) Đại l ợng K H5,05,2 SK KT K v v ** ** k1 Vậy k1CC v R 2C FoFo 2 V V (2.3.2) Còn đối với cánh thì k1C2 Sv R 2C Fo 2 V V 28 Trong đó: k = -1 đ ợcgọilàhệsốhìnhdáng,nóxétđếnlựccảnhìnhdángcủavậtthể cũngnh ảnh h ởngcủađộ congbềmặtđốivớilựccảnmasát,vìthế k có thể biểu diễn d ới dạng: k = k VP + k F (2.3.3) Côngthức(2.3.2)biểudiễnmốiquanhệafinvềlựccảnnhớtcủavậtdễthoát n ớc và lực cản ma sát của tấm nhắn t ơng đ ơng. Hệ số cản hình dángvà ma sát đ ợcxác định: C VP = C Fo k VP ; C F = C Fo (1 + k F ) (2.3.4) Hệ số hình dáng k hoàn toàn phụ thuộc vào hình dạng của vật thể Trongdòngbaovậtthể khó thoát n ớcxảyrahiện t ợngtáchlớpbiênvàhình thànhvùng có chứa cácxoáy lớn rời rạc làm biến dạng đột ngột dòng thế bên ngoài. Vật thể khó thoát n ớc có thể phân thành: -Vật có điểm tách biên cố định -Vật có điểm tách biên di động. Điểmtáchbiêncốđịnhxảyratạicácmépnhọnhoặcgócnhọnvàkhôngphụ thuộcvàotrị số Recủadòngchảy(chẳnghạncácđĩatròn,tấmchữ nhậtnằmngang dòng n ớc hoặc góc tấm lớn. Hệ số cản lúc đó C x = C V . Điểm tách lớp biên di động: Tronglựccảnnhớtcủavậtthể khó thoát n ớcthì thànhphầnlựccảnhìnhdáng đóngvaitrò chủ yếu.Việctínhtoánlựccảnnhớtcủavậtthể khó thoát n ớcbằnglý thuyếtlàmộtbàitoánphứctạp,vậyviệc ápdụngph ơngtrìnhNaviê-Stốcchỉ có thể thựchiện đ ợctrongtr ờnghợpchodòngchảytầngvàsốRebéRe<10 3 ,songnóvẫn bịhạnchế bởikhối l ợngbộnhớ củacácmáytính điệntử(bởivìbàitoáncóliênquan đếnviệc thực hiện các sơ đồ sai phân khi giải ph ơng trình). Nhờ máytính điệntửtatìm đ ợchình ảnhxuấthiệnkhông ổn địnhcủakếtcấu dòng chảy o = tv/b trong đó b - chiều rộng của vật thể. Lựccảnnhớtcủatàu R V baogồmlựccảnmasát R F ,lựccảnhìnhdáng R VP và lực cảncảmứng R i .Tuynhiên R i đ ợcghépvào R VP vì R i xuấthiệnlàdocácxoảydọc mũi tàu và đuôi bởi hiện t ợng tách lớp biên. Lựccảnmasát R F phụ thuộcvàosựphânbốcủaứngsuấttiếp o trênthântàu.Lực cảnnàychịu ảnh h ởngcủađộ congdọcvàcongngangthântàu.Tấtcảcáchiện t ợng đó làmbiến đổicụcbộứngsuấttiếpsovớiquyluật t ơng ứngcủatấmphẳngkhisố Re bằng nhau. Lực cản này đ ợc mô tả ở hình vẽ (Xem H 2.4) 29 Hình 2.4. Sự phân bố hệ số ma sát cục bộ C f dọc đ ờng n ớc (đ ờng 1) và ở sống đáy (đ ờng 2) của mô hình lần đầu có Re = 3.10 6 , Fr = 0,209 Theokếtquả tínhtoáncủaSIREvàSTINthì hệ số masátcụcbộ C f chotấmphẳng Ivàthântàuởtấtcảcáctrị số FrvàRe ítlệchsovớitấmphẳng t ơng đ ơng.Kếtquả tínhlớpbiênbachiềuchothântàucũngvậy. Điềunàytạocơsởchoviệctínhtoánlực cản ma sát của tàu và mô hình tàu bằng cách dùng khái niệm tấm phẳng t ơng đ ơng. Hệ số lực cản ma sát của thân tàu đ ợc tính theo công thức: C F = C Fo (1 + k F ) Trong đó: k F -hệsốkểđến ảnh h ởngcủađộ congbềmặtvỏtàubằngkhoảng0,02 0,06và không phụ thuộc vào số Re. Lựccảnhìnhdáng R VP sinhrabởiảnh h ởngcủalớpbiên đốivới quy luật phân bố ápsuấttrênthântàu,nóphụ thuộcvàocácdạngtáchlớpbiên,màhiện t ợngnàylại ảnh h ởng bởi hình dáng thân tàu. Hiện nay ng ời ta áp dụng rộng rãi công thức Afin C VP = C Fo k VP . Hệ số k VP phụ thuộcvàohìnhdángthântàuvàkhôngphụ thuộcvàosốRekhi chuyển kết quả từ mô hình sang tàu thực. Ta dùng khái niệm hệ số hình dáng k = k F + k VP . Vậy C V = C Fo (1 + k ) TheoPRAVIN: khi T B <3 thì k = 18,7 2 L B (2.5.1) Đốivới các tàu béo theo VATANABA thì khi tính C Fo nên sử dụng công thức 2 Fo 2Relg 075,0 C và lúc đó: T B B L 20017,0k 2 (2.5.2) Hiện t ợngtáchlớpbiên đã làmtăng đángkểlựccảnnhớt,sựxuấthiệncácxoáy dọcphầnmũiđiđôivớiviệctăngthànhphầnlựccảncảmứng R i củalựccảnnhớtlên khoảng R i (0,02 0,03)R V và có thể kếthợpvới cácxoảy dọc ở đuôi tàu làm lực cản nhớt có thể tăng lên tới (0,03 0,08)R V . 30 Trênbềmặtvỏtàuluônluôncóchichítcácđiểmgồghề khôngbằngphẳngvàđôi khi có ảnh h ởng đáng kể tới lực cản. Nếuchiềucaocácđiểmgồghề rấtnhỏ sovớichiềudàylớpbiêntạiđiểmđó thì ng ờita đ arakháiniệmvềđộ nhámcủabềmặtvà độ nhám chỉ ảnh h ởng tới lực cản nhớt. Độ nhám bề mặt có thể phân ra thành: - Độ nhám chung - Độ nhám cục bộ. Độ nhámchung đ ợcphânbốhầunh đồng đềutrênsuốtbềmặtvỏtàu,cònđộ nhámcụcbộlànhữngchỗ nhô ra,thụtvàolẻtẻnằmđơn độchoặcthànhnhómtrênbề mặtvỏ tàu. Trêncáctàuthực, độ nhámchunglàđộ nhámcủavỏbao đ ợcsinhrabởicáctính chấtcủavậtliệuvàđặc điểmxửlývậtliệu,cũngnh tínhchấtvàph ơngpháptạora cáclớpphủ bảovệ,đặcbiệtlàsơn.Ngoàira,còndomứcđộ gợnsóngvàlồilõmnhăn nheo của tôn vỏ sinh ra trong quá trình đóng mới thân tàu. Còn độ nhámcụcbộsinhrabởicácmốihàn,cáctấmcácđoạngồghề,nhữngchỗ lõm sâu, các lỗ khoét cố định. Mô hìnhtàucũngnh cáctấmphẳngdùng để thí nghiệmtrongbểthử hoặctrong ốngkhíđộngthì bề mặt đ ợcxửlýnhẵn đếnmứcđộ nhámhầunh không ảnh h ởng tới lực cản, nghĩa là mô hình đ ợcxem nh bề nhẵn thuỷ động. Độ nhámchungcủabềmặtkhôngquétsơnphụ thuộcvàovậtliệuvàmứcđộ xử lý vật liệu đó. Độ nhámcủabềmặtmàtrên đó có lớpphủ cũngphụ thuộcvàokếtcấucủabềmặt tr ớc khi phủ, dạng lớp phủ (sơn) và ph ơng pháp phủ. Trongquá trìnhkhaitháctàuhoặcthí nghiệmmôhình độ nhámcóthể thay đổido lớpphủ bị phá huỷ,bịănmòn,rỗbềmặt,xuấthiện ởđó nhữngvếtnhàyvàhàbám cũng nh những h hỏng cơ học khác. Hình 2.5. Biểu đồ prôfin của vỏ bao thân tàu. a. Đà sơn khô b. Lúc bắt đầu khai thác c.Sau thời gian dài khai thác. 31 Cácthôngsốhìnhhọccủađộ nhámchung đ ợcnghiêncứubằngcácmáyghi prôfin(máyghibiêndạng).Ng ờita đoprôfintrênmộtđoạnbấtkỳcóchiềudàicơsở lthôngth ờngbằng50 mm.Ng ờitachọnchiềucao đỉnhnhám k làmthôngsốchính đặc tr ngvề hình học của độ nhám chung. Trong ngành đóng tàu đối với độ nhám không đồng đều (Xem H 2.5) Ng ời ta dùng khái niệm chiều cao bình ph ơng trung bình của mô nhám k tb . l dxy k l 0 2 tb (2.6.1) Trị số k tb thay đổi trong giới hạn (40 230).10 -3 , mm n k k n 1i 2 i tb (2.6.2) Trên những mô hình quét parafin k tb = (3 8).10 -3 , mm Trên những tàu vỏ gỗ quét sơn k tb = (10 15).10 -3 , mm chếđộ chảytầngtronglớpbiên độ nhámchungkhôngtácđộnglênquyluật phân bố vận tốc và trị số lực cản. Dọctheothànhbêntronglớpbiênrốivẫntồntạimộtlớpnềnnhớtvàvùngchuyển tiếp, chiều dày B tăng dọc theo bề mặt vật thể. nh h ởngcủađộ nhám đốivớiquyluậtphânbốvậntốctronglớpbiênchảyrối đ ợc biểu diễn theo các dạng sau: *v v c *yv ln 1 *v v xx (2.6.3) Trong đó: -hằng số rối, = 0,4 c - hằng số, c =5,2 x v = 0,5 là gia số vận tốc của biểu đồ trong vết rối thuỷ động. v* = o Trongbiểuthức(2.6.3)hiệusốB= * v v c x gọilàhàmcủađộ nhámphụ thuộc *v k và kiểu nhám. Đốivới lớp biên chảy rối dọc trên bề mặt có độ nhám chung thì: B *yv ln 1 *v v x (2.6.4) Theo kết quả thí nghiệm: B = C - *vk Cexp *vk C *vk C1ln 1 321 (2.6.5) Trong đó: 32 C 1 , C 2 , C 3 -Cáchằngsốphụ thuộcvàodạngnhám đ ợcxácđịnhtheo đồ thị (x) là hàmkhôngthứ nguyênxétđến ảnh h ởngcủa l ợngtụtáptrongtr ờngvậntốcở vùng ngoài lớp biên. (y/)-hàmkhôngthứ nguyênbiểuthị chotr ờngvậntốccủavếtthuỷđộnghọc, gần đúng: = 1- cos(y - ) (2.6.6) hoặc = 6(y/) 2 - 4(y/) 3 (2.6.7) Độ nhănnheovàlồilõmbềmặtvỏtàuphátsinhtrong đóngmớicódạnghìnhsin với chiều cao trung bình 2a = 1,5 5 mm và chiều dài sóng = 500 1000 mm. Lựccảncủabềmặtnhănnheolàtổnghợplựccủacácứngsuấttiếp,lựcápsuất, hay nói cách khác gồm lực cản ma sátvà hình dáng. nh h ởngcủađộ tụt ápdọccụcbộcóthể làmgiảm(10 15)%lựccảnmasát, nh ng lợi thế này lại vô hiệu hoá bởi lực cản hình dáng tăng. Gọi C WW là hệ số lực cản do nhăn nheo vỏ bao và theo kết quả thử mô hình thì: C WW = 0,2(2a/) 2 (2.6.8) Khixétđến ảnh h ởngcủađộ nhámchungthì hệ số lựccảnnhớtcủathântàu đợcxác định theo công thức sau: C V = C F (1 + k ) Trong đó: C F - đ ợcxác định theo các đồ thị (Xem H2.6) Hình 2.6. Sự phụ thuộc hệ số cản ma sát của tấm vào độ nhám t ơng đối. a. Độ nhám hạt đều b.Bề mặt mới sơn c.Bề mặt đ ợc sơn sau 12 tháng ngâm n ớc I - tấm nhẵn [...]... gió (m/s) 0 - 0,5 7 12 ,5 - 15 ,2 0,6 - 1, 7 8 15 ,3 - 18 ,2 1, 8 - 3,3 9 18 ,3 - 21 , 5 3,4 - 5 ,2 10 21 , 6 - 25 ,1 5,3 - 7,4 11 25 ,2 - 29 ,0 7,5 - 9,8 12 trên 29 ,0 9,9 - 12 ,4 Quy luật biến thiên vận tốc gió theo chiều cao là quy luật lôga Tính chuyển vB ghi trong bảng sang chiều cao khác 6m theo công thức sau: vBh = vB6ln(500h)/ln3000 (2 .10 .3) Tr ờng hợp 1 0 (hoặc 1 18 0o) thì ngoài RAA và lực khí động ngang... giữa Lực cản không khí xác định bằng công thức sau: (2 .10 .4) RAA = CAAAvA2FT /2 Mômen: (2 .10 .3) Mz = mzAvA2FTL /2 Trong đó: A - khối l ợng riêng của không khí FT - diện tích hình chiếu phần khô của tàu lên mặt phẳng s ờn giữa CAA, CAN, mz - hệ số lực cản không khí, hệ số lực cản khí động ngang và hệ số mômen (Xem H2 .19 ) Hình 2 .19 Hệ số CAA, CAN và mz phụ thuộc 1 Về cơ bản lực cản không khí chủ yếu là lực. .. đỉnh nhám và sự thay đổi lực cản ma sát theo thời gian (Xem H2 .11 ) 35 Hình 2 .11 L ợng tăng hệ số cản ma sát CF ứng với số Re = 8 .10 6 2 .10 7 của tấm đã sơn phụ thuộc vào thời gian ngâm n ớc Hà bám đã làm tổn thất tốc độ tàu một cách đáng kể (Xem H2 . 12 ) Hình 2 . 12 L ợng tổn thất tốc độ của tàu dầu do hà bám 1 Trọng tải 33.000T 2 Trọng tải 13 0.000T 3 Trọng tải 75.000T Tải trọng của tàu càng lớn thì tổn thất... xứng của tàu (tâm áp suất) phụ thuộc hình dáng phần nhô của tàu Theo h ớng bất kỳ của vận tốc không khí vA so với mặt phẳng đối xứng của tàu đ ợc xác định bằng góc 1 (Xem H2 .18 ) Hình 2 .18 Sơ đồ luồng bao khi tàu chuyển động trong điều kiện có gió Lực khí động R A sẽ tạo với mặt phẳng đối xứng góc 1 Chiếu R A lên h ớng chuyển động v của tàu ta đ ợc RAA, lực này gọi là lực cản không khí đối với chyển động. .. vsin, lúc đó: 33 2 R 0,5C v k L sin 3 (2. 7.3) Trong đó: L - chiều dài của mối hàn Thông th ờng ng ời ta dùng quan hệ: 1 R C o v 2 2 2n k (2. 7.4) Trong đó: C o C 2n 1 Đối với tàu thuỷ có thể lấy n =1/ 11 Hệ số Co nằm trong khoảng Co = (0 ,1 0 ,15 )1 0-3 Trong đó đóng góp của các mối hàn ngang chiếm 70 80 % còn các mối hàn dọc 30 20 % * Đối với các lỗ khoét và chỗ trũng Thân tàu luôn có... với chyển động của tàu Khi tàu chuyển động xuôi gió 1 = 18 0o Vận tốc luồng không khí vA bao lấy phần khô của tàu phụ thuộc vào vận tốc tàu v và vận tốc tuyệt đối của gió vB - Khi không có gió thì vận tốc t ơng đối của không khí vA = - v, trị số của nó có thể không đổi theo chiều cao tính từ mặt biển, nh vậy lực cản không khí tạo nên bởi chuyển động của bản thân tàu Còn trị số RAA = RA - Khi có gió vận... vận tốc t ơng đối của không khí vA bằng tổng hình học của v và vB tạo với nhau góc 2 Trị số của nó đ ợc xác định theo công thức sau: 2 v A v 2 v B 2vv B cos 2 (2 .10 .1) góc 1 đ ợc tính theo công thức sau: (2 .10 .2) sin (1 + ) = vBsin2/vA Có thể xác định đ ợc vA bằng máy đo gió Cấp gió đ ợc phân thành 12 cấp gió Bopho dựa theo kết quả của cục khí t ợng thuỷ văn Liên Xô 39 Cấp gió 0 1 2 3 4 5 6 Cấp gió... tẻ, mà chiều cao của chúng vuợt quá lớp nền nhớt trong dòng chảy rối Khi chọn công thức để tính lực cản nhớt từng điểm gồ ghề R ta phải xét tới tính không đồng nhất của dòng theo Theo đề nghị của FE ĐÊ EP thì: 2 1 R C v (2. 7 .1) 2 Trong đó: C - Hệ số cản của điểm gồ ghề - Diện tích mặt cắt giữa của điểm gồ ghề 2 v - đ ợc tính theo công thức sau: 1 v k 2 k v x dy 2 (2. 7 .2) 0 Hình 2. 7 Sơ đồ phân bố... (Xem H2 .17 ) Hình 2 .16 Hệ số cản nhớt 1- Vật thể có lớp đàn hồi 2- Tấm cứng ma sát Hình 2 .17 ảnh h ởng của các gân dọc tới lực cản ma sát của tấm 38 * Để giảm lực cản ma sát ng ời ta tạo ra một đệm mỏng cố định để ngăn cách dòng chảy với biên cứng Bằng cách cấp không khí liên tục qua bộ tạo khí cho hang này * những tàu béo lực cản hình dáng sinh ra do hiện t ợng tách lớp biên ở phần đuôi tàu và thành phần. .. CAA khi 1 = 0 cho các kiểu tàu mà khi tính toán sơ bộ phải dùng đến o 40 Kiểu tàu CAA Tàu dầu, container, tàu hành khách 0,5 - 1, 0 Các tàu cao tốc 0,4 - 0,6 Tàu hành khách chạy sông - Với th ợng tầng thông th ờng 0,8 - 0,9 - Với th ợng tầng thoát khí 0,4 - 0,5 Do tác dụng đồng thời của lực thuỷ động và khí động lên thân tàu và bánh lái nên tàu chạy lệch h ớng một góc với góc bẻ lái là P 41 . (m/s) 0 0 - 0,5 7 12 ,5 - 15 ,2 1 0,6 - 1, 7 8 15 ,3 - 18 ,2 2 1, 8 - 3,3 9 18 ,3 - 21 , 5 3 3,4 - 5 ,2 10 21 , 6 - 25 ,1 4 5,3 - 7,4 11 25 ,2 - 29 ,0 5 7,5 - 9,8 12 trên 29 ,0 6 9,9 - 12 ,4 Quyluậtbiếnthiênvậntốcgió. toé ngang (Xem H2 .17 ). Hình 2 .16 . Hệ số cản nhớt. 1- Vật thể có lớp đàn hồi 2- Tấm cứng ma sát Hình 2 .17 . ảnh h ởng của các gân dọc tới lực cản ma sát của tấm 39 * Để giảmlựccảnmasátng ờitatạoramộtđệmmỏngcốđịnh. dùng quan hệ: 2 o vC 2 1 R Trong đó: 1n2 k CC n2 o (2. 7.4) Đốivới tàu thuỷ có thể lấy n =1/ 11 Hệ số C o nằm trong khoảng C o = (0 ,1 0 ,15 )10 -3 Trong đóđónggópcủacácmốihànngangchiếm70