內容簡介
《船舶推進器水動力學》是《現代船舶力學》叢書中的一冊。《船舶推進器水動力學》論述現代船舶推進器理論，它反映了近30年國內外研究工作者的優秀成果，可作為一本現代船舶推進器理論的高等參考書或高等教材。《船舶推進器水動力學》各專題的詳細題目可在目錄中看到。《船舶推進器水動力學》包含推進器的升力面理論、面元法、空泡流、粘流中的計算流體力學，以及理論設計方法的現代發展趨向。升力面理論述及到螺旋槳和對轉螺旋槳的定常與非定常理論，三維條件下厚度影響的精確處理，以及各種近代的螺旋槳尾流模型和渦分離模型。面元法包括了螺旋槳、調距槳和導管推進器的定常與非定常的面元法。空泡螺旋槳表面周圍空泡區及槳的水動力預報的數值方法在《船舶推進器水動力學》中也有詳細闡述。《船舶推進器水動力學》還有兩個特色方面是對螺旋槳在粘流中的計算流體力學（CFD）方法作了介紹，以及對螺旋槳理論設計方法的現代發展趨向也作了介紹。螺旋槳的CFD是近代發展中的一個重要方面。雖然它已可提供很有用的計算手段，這些手段用勢流方法是做不到的，但現在在實際螺旋槳設計工作者中，還不普遍熟悉及套用。《船舶推進器水動力學》有一章介紹了計算流體力學的格線生成、湍流模式、數值方法、以及螺旋槳RANS方程的數值求解以計算出螺旋槳在粘流中的性能，它不但可預報螺旋槳的敞水性能並可預報與船體相互作用下的性能。用新型葉剖面設計來改進螺旋槳空化性能，以及用粘流與勢流耦合的概念發展新的螺旋槳理論設計方法來提高設計的精確度，也均為當今重要的發展趨勢。在《船舶推進器水動力學》最後一章對這兩方面作了闡述。由於《船舶推進器水動力學》某些內容涉及到一些比較高深的流體力學基礎，這些在大多數流體力學教科書中沒有包含。因此《船舶推進器水動力學》有一章作為這方面流體力學的補充知識，以使閱讀《船舶推進器水動力學》容易些。
目錄
第一章 緒論
參考文獻
第二章 有關流體力學基礎的補充
2.1 柱坐標系及運動坐標系中的流體動力學方程
2.1.1 在與空間固定的坐標系中的方程式
2.1.2 在運動坐標系中的方程式
2.2 從渦量場及速度的散量場確定速度場
2.3 奇點面分布的一些重要特性
2.3.1 源匯分布
2.3.2 偶極子的面分布
2.3.3 渦片
2.3.4 比奧-薩瓦(Biot-Sawart)定律
2.3.5 偶極子片與渦片之間的等價關係
2.4格林定理(Green'sTheorem)的套用
2.5 作用於物體上的定常和非定常的力及力矩
參考文獻
第三章 螺旋槳的升力面理論
3.1 概述
3.2 螺旋槳幾何形狀的數學表達
3.3 螺旋槳的邊界條件
3.4 螺旋槳的升力面模型
3.5 考慮葉片厚度的邊值問題
3.5.1 常用的處理方法
3.5.2 精細的處理方法
3.6 處理螺旋槳升力面邊值問題的概念
3.7 葉面區內的渦系模型及離散化
3.7.1 渦格的生成
3.7.2 葉梢分離渦模型
3.7.3 導邊分離渦模型
3.8 尾流區內的渦系模型
3.8.1 詳細決定尾渦模型的方法
3.8.2 決定尾渦變形的簡化方法
3.9 定常問題渦系的誘導速度計算
3.1 0源分布的誘導速度計算
3.1 1定常問題的正問題求解
3.1 2水動力計算
3.1 3螺旋槳的升力面設計計算方法
3.1 4非定常機翼的渦系
3.1 5螺旋槳非定常升力面模型
3.1 6螺旋槳非定常升力面問題的求解
3.1 6.1 渦格的建立
3.1 6.2 其他葉片(包括它們的尾渦片)上的奇點布置
3.1 6.3 Kutta條件的處理
3.1 6.4 在控制點上的法向誘導速度計算及邊值問題的方程式
3.1 6.5 在時域中的分步計算
3.1 7作用於槳葉上的非定常水動力
3.1 7.1 軸承力
3.1 7.2伴流場的諧調分析
3.1 7.3 軸承力的頻率特徵及與伴流場的偶合效應
3.1 8升力面理論的準連續計算方法
3.1 9槳轂影響的處理
3.2 0對轉螺旋槳的升力面理論計算方法
3.2 0.1 對轉螺旋槳定常化的升力面理論計算法
3.2 0.2 均勻來流中對轉螺旋槳非定常升力面理論計算法
3.2 0.3 非均勻來流中對轉螺旋槳非定常升力面理論計算法
3.2 0.4 對轉螺旋槳非定常水動力的頻率
3.2 0.5 對轉螺旋槳非定常水動力計算
參考文獻
第四章 螺旋槳的面元法
4.1 概述
4.2 螺旋槳面元法的基本積分方程及邊界條件
4.2.1 螺旋槳定常面元法的基本積分方程及邊界條件
4.2.2 螺旋槳非定常面元法的基本積分方程及邊界條件
4.3 利用面元法預報螺旋槳定常水動力性能
4.3.1 方程數值離散
4.3.2 壓力Kutta條件的實施
4.3.3 面元格線的劃分
4.3.4 速度分布和壓力分布的計算
4.3.5 螺旋槳水動力性能計算
4.3.6 數值試驗
4.3.7 定常面元法的實例計算及驗證
4.4 螺旋槳非定常水動力性能預報
4.4.1 數值離散
4.4.2 Kutta條件
4.4.3 非定常面元法數值計算方法的校核
4.5 可調螺距螺旋槳性能和轉葉力矩的預報計算
4.5.1 可調螺距螺旋槳轉葉力矩的研究
4.5.2 面元法的套用
4.5.3 可調螺距螺旋槳槳葉轉角後槳葉剖面的畸變
4.6導管螺旋槳升力面／面元耦合的水動力計算方法
4.6.1 導管調距槳定常性能數值計算
4.6.2 導管螺旋槳非定常性能數值計算
4.7 導管螺旋槳定常與非定常面元法
4.7.1 導管螺旋槳非定常面元法
4.7.2 導管螺旋槳定常面元法
4.7.3 算例
4.8 螺旋槳與舵相互干擾問題
4.8.1 螺旋槳與舵非定常性能數值計算方法
4.8.2 計算結果及討論
4.9 面元法在螺旋槳設計問題上的套用
4.9.1 導管螺旋槳升力面／面元耦合設計方法
4.9.2 螺旋槳面元設計方法
參考文獻
第五章 基於粘流理論的螺旋槳CFD計算方法
5.1 概述
5.2 流動控制方程
5.3 湍流模型
5.3.1 Baldwin-Lomax(B-L)代數模型
5.3.2 二方程湍流模型——k-ε模型
5.3.3 二方程湍流模型——k-ω模型
5.4 數值離散方法
5.4.1 有限差分法
5.4.2 有限體積法
5.5 數值格線生成
5.5.1 結構格線生成方法
5.5.2非結構格線生成技術
5.5.3 混合格線生成技術
5.6 一般曲線坐標系下的RANS方程
5.7 RANS方程的數值求解方法
5.7.1 分離解法
5.7.2 投影法
5.7.3 耦合法——人工可壓縮性方法
5.8 螺旋槳周圍流場及水動力性能預報
5.8.1 螺旋槳流道區域數值格線生成
5.8.2 雷諾平均應力方程(RANS)數值求解
5.8.3 數值算例
5.9 船舶推進器領域CFD技術發展與套用
5.9.1 螺旋槳敞水性能預報
5.9.2 螺旋槳非定常水動力性能預報
5.9.3 導管螺旋槳敞水性能預報
參考文獻
第六章 螺旋槳空泡流的勢流方法
6.1 概述
6.2 升力面理論在三維機翼空泡計算中的套用
6.2.1 基本假定及幾何處理
6.2.2 邊值問題
6.2.3 積分方程
6.2.4 數值計算
6.2.5 數值計算中的幾個注意點
6.3 升力面理論在螺旋槳空泡計算中的套用
6.3.1 基本假定及幾何處理
6.3.2 邊值問題
6.3.3 積分方程
6.3.4 數值計算
6.3.5 算例
6.4 面元法在螺旋槳空泡計算中的套用
6.4.1 坐標系與螺旋槳的幾何表達
6.4.2 邊值問題
6.4.3 數值求解方法
6.4.4 數值計算結果
6.4.5 幾點注釋
參考文獻
第七章 現代船舶推進器的設計方法及其發展趨勢
7.1 概述
7.2 新型葉剖面
7.3 新型葉剖面在螺旋槳設計中的套用
7.4 考慮非定常運轉的螺旋槳設計
7.5 套用B樣條修改葉剖面及螺旋槳設計
7.5.1 套用B樣條曲線設計翼剖面
7.5.2 套用B樣條曲面設計螺旋槳葉
7.6 套用粘流CFD計算船後推進器的水動力性能
7.7 粘流／勢流耦合的船後推進器設計方法
參考文獻
附錄Ⅰ 直線渦段的誘導速度
附錄Ⅱ 源線段的誘導速度
附錄Ⅲ 在螺旋槳拱弧面上sA的計算公式
