内河航道通航水力学研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:159

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出版时间:2009-3

价格:28.00元

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isbn号码:9787807086079

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• 内河航道
• 通航水力学
• 水力学
• 航道工程
• 水运工程
• 河流动力学
• 水文水力
• 通航条件
• 内河航运
• 水资源工程

浩瀚蓝图：巨轮远航的动力学解析 本书并非聚焦于内河航道的狭窄水域，而是将目光投向更为广阔的海洋，深入探讨巨型船舶在复杂水域环境中的航行动力学。我们以船舶的运动学与动力学为核心，层层剖析影响其稳定性和操纵性的多重因素，旨在为远洋航运的安全性、效率以及环境可持续性提供更为精深的理论支撑和技术指导。 第一章：船舶运动的物理基石——流体力学基础 本章将从流体力学最基础的原理出发，为理解船舶在水中的运动打下坚实基础。我们将重点回顾牛顿流体与非牛顿流体的基本性质，以及流体的连续性方程和动量方程。在此基础上，我们将深入探讨黏性流与无黏性流的区别，以及涡流、层流等概念在船舶运动中的体现。 流体性质与基本定律： 详细阐述密度、黏度、表面张力等流体基本物理参数，并介绍欧拉方程与纳维-斯托克斯方程的物理意义及其在描述流体运动中的应用。 边界层理论： 讲解边界层的形成机理、特点及其对船舶阻力的影响。我们将分析不同流态下边界层的厚度、速度分布，以及分离现象的发生条件。 流体动力学基本概念： 深入研究伯努利方程在描述流体压力与速度关系中的作用，以及量纲分析与相似理论在简化复杂流体问题中的应用。我们将探讨科林数、雷诺数等关键无量纲参数的物理意义，以及它们如何指导船舶模型试验的设计与结果分析。 第二章：船舶的宏观运动——运动学与动力学模型 在本章中，我们将建立并分析船舶在水中的宏观运动模型。从描述船舶位置、姿态的运动学参数，到解释船舶受力与运动关系的动力学模型，我们将为后续的精细化分析奠定基础。 船舶的六自由度运动： 详细定义船舶在三维空间中的六个自由度：纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、首摇，并介绍描述这些运动的相应坐标系和运动变量。 经典船舶运动模型： 引入并详细分析经典的 six-degree-of-freedom 船舶动力学模型，包括船舶的惯性力、重力、浮力、推进力、阻力、操纵力等。我们将讨论这些力的数学表达式及其影响因素。 线性与非线性动力学模型： 探讨在不同工况下，线性模型与非线性模型在描述船舶运动时的适用性与局限性。我们将分析如何处理非线性项，以及数值求解方法在复杂动力学问题中的应用。 第三章：无尽的阻力——船舶航行的“对手” 船舶在水中航行时，始终面临着各种形式的阻力，这些阻力直接影响着船舶的航速、能耗和操纵性。本章将对这些阻力进行系统性的分析。 总阻力分解： 详细介绍船舶总阻力通常被分解为摩擦阻力、压差阻力（形体阻力）、兴波阻力、粘性减阻、空气阻力等几个主要部分。 摩擦阻力： 深入分析摩擦阻力的产生机理，以及船体表面光滑度、流体黏度、船体长度等因素对其大小的影响。我们将介绍平板摩擦阻力的计算方法，并讨论其在船舶上的应用。 兴波阻力： 阐述船舶航行时因排开水体而产生波浪，由此带来的能量损失即为兴波阻力。我们将分析船型、航速、水深等因素对兴波阻力的影响，并介绍不同船型的兴波阻力特性。 粘性阻力与其他阻力： 探讨由流体黏性引起的其他形式阻力，如粘性减阻，以及在特殊情况下的空气阻力、摇荡阻力等。我们将分析这些阻力在不同航行状态下的相对重要性。 阻力预报方法： 介绍基于模型试验、经验公式和计算流体动力学（CFD）等多种阻力预报方法，并分析它们的优缺点及适用范围。 第四章：破浪前行——船舶的推进系统与效率 强大的推进系统是船舶航行于茫茫大海的动力之源。本章将聚焦于各类船舶推进系统的原理、性能及其效率分析。 螺旋桨推进： 深入研究螺旋桨的空气动力学原理，包括桨叶的攻角、升力、阻力等。我们将分析不同桨型、桨叶数、桨叶展弦比等参数对螺旋桨效率的影响。 推进系统匹配： 探讨发动机与推进器之间的匹配关系，以及如何通过优化匹配来提高整体推进效率。我们将分析不同转速、功率下的工作点。 新型推进技术： 介绍喷射推进、水翼推进、风帆辅助推进等新兴或改进的推进技术，并分析其潜在的优势与挑战。 推进效率评估： 详细讲解推力、拉力、功率、效率等关键参数的定义，并分析影响推进效率的因素，如附体、水流等。 第五章：驾驭风浪——船舶的操纵性与稳定性 在变幻莫测的海洋环境中，船舶的操纵性和稳定性至关重要。本章将系统性地分析影响船舶操纵性和稳定性的各个方面。 操纵性理论： 引入“回转性能”和“航迹保持性能”等核心操纵性概念。我们将分析舵的产生力和力臂，以及不同舵型、舵角对操纵性的影响。 船舶水动力导纳矩阵： 阐述水动力导纳矩阵的概念，以及它如何描述船舶在低频运动下的响应特性。我们将分析不同频率下水动力导纳矩阵的特性。 稳定性理论： 区分静稳定性与动稳定性。详细讲解船舶的初始稳性、倾覆力矩，以及不同储备浮力对船舶安全性的影响。 抗风浪操纵： 研究船舶在不同海况下的运动响应，以及如何通过改变航向、航速和采取特殊的操纵措施来提高船舶的抗风浪能力。我们将分析减摇鳍、水翼等减摇装置的作用。 碰撞风险评估与规避： 结合船舶操纵性，探讨船舶在复杂交通环境下的避碰策略，以及现代船舶自动避碰系统的原理。 第六章：碧海的挑战——特殊水域环境对船舶的影响 海洋并非均质的介质，其流速、波浪、水深、结冰等特殊环境条件都会对船舶的航行产生显著影响。 洋流与潮汐： 分析洋流、潮汐对船舶航速、航向的修正作用，以及如何在航行中有效利用或规避这些水流。 波浪作用： 深入研究不同波浪谱对船舶运动的影响，包括横摇、纵摇、垂荡等。我们将分析波浪增阻、倾覆风险等。 浅水效应： 探讨船舶在浅水区航行时，由于底部边界层效应、波浪变形等引起的特殊水动力现象，如航速下降、操纵性变差等。 冰区航行： 分析冰情对船舶结构、推进系统和操纵性的影响，以及冰区船舶的设计特点和航行规则。 风载与风浪耦合： 考虑风对船舶的作用力，以及风浪共同作用下的船舶运动特性。 第七章：绿色航行——船舶的环境动力学考量 随着全球对环境保护意识的提高，船舶的环境动力学考量日益重要。本章将关注船舶的节能减排与环境影响。 燃油效率优化： 结合前述的阻力与推进分析，探讨如何通过优化船体设计、改进推进系统、采用低阻涂层等手段来提高燃油效率，降低碳排放。 水下噪音控制： 分析船舶推进器、船体结构等产生的声学辐射，以及其对海洋生物的影响。我们将探讨减小水下噪音的技术方法。 生物附着与防污： 研究船舶在航行过程中遇到的生物附着问题，以及其对船舶性能的影响。我们将介绍防污涂层等技术。 船舶废弃物与排放管理： 探讨船舶生活污水、压载水、油污等废弃物的处理与排放管理，以及相关国际法规的要求。 第八章：智能化未来——数字孪生与先进控制技术 数字化浪潮席卷而来，船舶行业也迎来了智能化的革新。本章将展望船舶动力学研究的未来趋势。 计算流体动力学（CFD）的深化应用： 介绍CFD技术在船舶设计、性能预报、故障诊断等领域的最新进展，以及高精度仿真在优化决策中的作用。 数字孪生技术： 探讨如何构建船舶的数字孪生模型，实现对船舶实时状态的监测、预测与优化控制。 人工智能与机器学习： 分析AI与机器学习在船舶航线优化、自主航行、设备故障预测等方面的应用前景。 先进船舶控制系统： 介绍自适应控制、预测控制等先进控制理论在提高船舶操纵性、稳定性和燃油经济性方面的应用。 本书将通过严谨的理论推导、翔实的案例分析以及前瞻性的技术展望，为船舶工程、海洋工程、航海技术等领域的专业人士、科研人员以及相关专业的学生提供一份深入且全面的参考。我们相信，对船舶动力学更深层次的理解，将为构建更安全、更高效、更环保的未来海上运输体系注入强大动力。

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