一種新型節(jié)能船型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型節(jié)能船型，包括船體、螺旋槳和尾舵，尾舵和螺旋槳安裝在船體上，其船體的外表面上設(shè)有用于降低船體摩擦阻力的凹坑、凹槽或者凹坑和凹槽混合分布。凹坑的深度可以在30mm～60mm之間取值，凹坑和/或凹槽在船體表面的面積率在10%～60%之間取值。這種船的船體可以有效地降低船舶在水中的摩擦阻力和粘滯阻力，并且不需要安裝額外的設(shè)備，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、在不增加成本的前提下可以實(shí)現(xiàn)提高船舶航行速度，或者在同樣航速下降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
【專利說(shuō)明】一種新型節(jié)能船型【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水上運(yùn)輸工具，更具體地說(shuō)，涉及一種新型節(jié)能船型。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶阻力按照物理本質(zhì)分為摩擦阻力、粘滯阻力和興波阻力，其中，高速船的摩擦阻力占船總阻力的40%~50%，而對(duì)于中低速船舶來(lái)說(shuō)，摩擦阻力可達(dá)總阻力的70%~80%，而摩擦阻力和粘滯阻力所占的比例就更加高。因此，尋找能有效減小摩擦阻力和粘滯阻力的方法是造船界一直努力的目標(biāo)。涉及和制造具有減阻功能的新型船舶無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑之一。
[0003]為了達(dá)到這一目標(biāo)，人們?cè)诟鱾€(gè)方面做了許多努力，目前已經(jīng)研制出多種具有減小摩擦阻力性能的優(yōu)良船舶。例如氣墊船、水翼船和微氣泡船。氣墊船是利用高壓空氣在船底和水面形成氣墊，將船體部分或全部抬出水面，利用空氣密度小于水，船舶在空氣中所受到的阻力小于在水中所受到的阻力來(lái)提高船舶航速。但是氣墊船具有功耗大、不經(jīng)濟(jì)的缺點(diǎn)，并且不能做為大型運(yùn)輸工具使用，無(wú)法應(yīng)用在遠(yuǎn)洋船舶上。水翼船是利用類似機(jī)翼的流體力學(xué)原理，在船身下安裝水翼，利用水翼上下表面的壓強(qiáng)差產(chǎn)生升力，將船舶部分或全部抬出水面，以提高速度。但是水翼船同樣具有不宜做為大型運(yùn)輸工具使用的缺點(diǎn)。而微氣泡船是利用設(shè)在船身上的微孔板噴射氣體形成微氣泡，改變船體表面邊界層結(jié)構(gòu)，推遲邊界分離點(diǎn)，從而達(dá)到提高阻力的效果。但是這種方法需要安裝專門的噴氣設(shè)備，氣泡的直徑，噴射速度都需要經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)，使得船舶的制造增加了額外的成本，不夠經(jīng)濟(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新型節(jié)能船型，這種船的船體可以有效地降低船舶在水中的摩擦阻力和粘滯阻力，并且不需要安裝額外的設(shè)備，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、在不增加成本的前提下可以實(shí)現(xiàn)提高船舶航行速度，或者在同樣航速下降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
[0005]相應(yīng)地，本發(fā)明通過(guò)在船體上增加凹坑和/或凹槽的技術(shù)手段來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題，這種新型節(jié)能船型，包括船體、螺旋槳和尾舵，尾舵和螺旋槳安裝在船體上，其船體的外表面上設(shè)有用于降低船體摩擦阻力的凹坑、凹槽或者凹坑和凹槽混合分布。凹坑的深度可以在30mm~60mm之間取值，凹坑和/或凹槽在船體表面的面積率在10%~60%之間取值。
[0006]這些凹坑可以是圓形凹坑、橢圓形凹坑、多邊形凹坑、魚(yú)鱗形狀凹坑、不規(guī)則形狀凹坑中的一種或多種組合，其排列方式也可以有多種。比如凹坑可以是多個(gè)形狀相同的圓形凹坑，在船體的外表面縱橫對(duì)齊整齊、縱橫交錯(cuò)或者不規(guī)則排列；可以是多個(gè)形狀相同的橢圓形凹坑，在船體的外表面縱橫對(duì)齊整齊、縱橫交錯(cuò)或者不規(guī)則排列；也可以是多個(gè)形狀相同的多邊形凹坑(多邊形可以包括三角形、矩形、五邊形等等)，在船體的外表面縱橫對(duì)齊整齊、縱橫交錯(cuò)或者不規(guī)則排列。同樣的排列方式也適用于魚(yú)鱗形和不規(guī)則形狀凹坑。
[0007]除了單一形狀的凹坑，也可以是多種形式的凹坑組合，比如說(shuō)圓形和多邊形凹坑混合分布，在船體的外表面縱橫對(duì)齊整齊、縱橫交錯(cuò)或者不規(guī)則排列，同樣的混合分布和排列方式也適用于圓形和橢圓形、圓形和多邊形、圓形和魚(yú)鱗形、圓形和不規(guī)則形狀的凹坑組合，或者橢圓形、多邊形、魚(yú)鱗形和不規(guī)則形狀的兩兩組合，甚至于圓形凹坑、橢圓形凹坑、多邊形凹坑、魚(yú)鱗形狀凹坑、不規(guī)則形狀凹坑中的三種、四種甚至五種的混合組合，這些混合組合的排列形式同樣可以是船體的外表面縱橫對(duì)齊整齊、縱橫交錯(cuò)或者不規(guī)則排列。
[0008]凹槽可以是直線型槽或曲線型槽，彼此平行排列，或者是直線型和曲線型槽混合，平行排列，也可以采用凹槽和凹坑間隔排列的形式進(jìn)行排列。
[0009]船體表面在水體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的邊界層，根據(jù)局部流場(chǎng)的雷諾數(shù)不同，邊界層內(nèi)的流體可以分為層流或紊流。光滑的船體表面的邊界層內(nèi)通常是層流，而不光滑船體的邊界層內(nèi)的水流是紊流。紊流的邊界層受逆壓梯度的影響較小，所以不光滑的船體表面的邊界層的分離點(diǎn)相對(duì)靠后，其粘性阻力反而較光滑的船體更低，壓差阻力更是可以大幅度減小。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于:這種低摩擦阻力船可以有效地推后邊界分離點(diǎn)，減小阻力，通常情況下，船舶航行時(shí)，雷諾數(shù)Re能夠達(dá)到IO5以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)生邊界層分離的Re=60的要求，所以當(dāng)船舶正常航行時(shí)，會(huì)發(fā)生邊界層的分離現(xiàn)象，而船舶上的減阻結(jié)構(gòu)能夠起到推遲邊界層分離點(diǎn)的作用，減小船體上的粘性阻力和摩擦阻力，降低了船舶航行時(shí)的能耗。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是船體所受到的阻力隨航速變化柱狀圖；
[0013]圖3是具體實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是具體實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面根據(jù)具體實(shí)施例和附圖本本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016]如圖1所示的新型節(jié)能船型，包括船體1、螺旋槳2和尾舵3，尾舵3和螺旋槳2安裝在船體I上，船體I的外表面上設(shè)有用于降低船體摩擦阻力的凹坑4。凹坑的深度為50mm,凹坑在船體表面的面積率是25%。凹坑4都是圓形凹坑，縱橫對(duì)齊排列在船體I的外表面上。
[0017]由于傳統(tǒng)習(xí)慣，人們認(rèn)為越光滑的表面的摩擦阻力越小，本發(fā)明的發(fā)明人克服了傳統(tǒng)的技術(shù)偏見(jiàn)----粗糙的表面會(huì)增大摩擦阻力，將船體I的表面上設(shè)置了減阻結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生紊流的邊界層，推遲邊界分離點(diǎn)，提前了轉(zhuǎn)捩點(diǎn)，無(wú)論在減少船體受到的阻力方面，還是減少空化的危害方面，都取得了良好的效果，并且在實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。
[0018]在數(shù)值實(shí)驗(yàn)中，取船長(zhǎng)Lpp=30m，船寬B=6m，吃水d=lm，實(shí)驗(yàn)對(duì)象:一個(gè)是表面光滑外板船體，另一個(gè)是有50mm圓形凹坑外板船體，在不同流速(模擬航速)下進(jìn)行測(cè)試，可以得到如下結(jié)果:
[0019]表1-1表面光滑外板船體阻力隨速度變化
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種新型節(jié)能船型，包括船體、螺旋槳和尾舵，尾舵和螺旋槳安裝在船體上，其特征在于:所述船體的外表面上設(shè)有用于降低船體摩擦阻力的凹坑和/或凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型節(jié)能船型，其特征在于:所述凹坑為圓形凹坑、橢圓形凹坑、多邊形凹坑、魚(yú)鱗形狀凹坑、不規(guī)則形狀凹坑中的一種或多種組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型節(jié)能船型，其特征在于:所述凹坑的數(shù)量有多個(gè)，并在船體的外表面縱橫對(duì)齊整齊排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型節(jié)能船型，其特征在于:所述凹坑的數(shù)量有多個(gè)，并在船體的外表面縱橫交錯(cuò)排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型節(jié)能船型，其特征在于:所述凹坑的數(shù)量有多個(gè)，并在船體的外表面不規(guī)則排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的新型節(jié)能船型，其特征在于:所述凹坑的深度為30mm ?60mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型節(jié)能船型，其特征在于:所述凹坑的面積率為10%?60%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型節(jié)能船型，其特征在于:所述凹槽為直線型槽，彼此平行排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型節(jié)能船型，其特征在于:所述凹槽為曲線型槽，彼此平行排列。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型節(jié)能船型，其特征在于:所述凹槽為直線型和/或曲線型槽，并且彼此平行排列，所述凹坑分布在凹槽的間隙之中。
【文檔編號(hào)】B63B1/36GK103879510SQ201410137068
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】王化明, 李超, 屠璐瓊, 楊秀勇, 陳俊宏 申請(qǐng)人:浙江海洋學(xué)院