船舶推進器水動力學

前言

歷史上蒸汽動力裝置在船舶推進中的應用，改變了船舶在波浪中的航速與航線，也促進了19世紀中期船舶運動理論的誕生。從此，在牛頓力學的基礎(chǔ)上，開始了船舶力學漫長的發(fā)展歷程。于20世紀上半葉形成了自身較為系統(tǒng)的專業(yè)格局，并且在20世紀下半葉取得了突飛猛進的發(fā)展。在20世紀后40年，隨著世界經(jīng)濟大循環(huán)模式的形成，船舶的產(chǎn)量、品種大幅增長，船舶設(shè)計制造技術(shù)頻頻更新，改變著船舶與海上運輸?shù)拿婷病?1世紀將是海洋的世紀，海洋經(jīng)濟、海洋開發(fā)與海洋軍民裝備的發(fā)展需求更將給海洋運載器技術(shù)的進步以前所未有的巨大動力。船舶力學是一個與船舶工程緊密結(jié)合的力學領(lǐng)域。船舶類型的每一步更新與發(fā)展，都包含著在船舶力學的領(lǐng)域中認識與把握船舶所遭受的隨機、復雜、險惡的環(huán)境載荷，改進航行性能，保證船體安全可靠等方面的科學與技術(shù)的進步。凡是船舶力學研究最活躍的地方，往往就是需求最明確、船舶新技術(shù)出現(xiàn)最快的地方?？梢哉f，現(xiàn)代船舶發(fā)展的歷史，也就是船舶力學發(fā)展的歷史，船舶力學是船舶技術(shù)創(chuàng)新的重要源泉之一，而船舶的工程需求又是船舶力學發(fā)展的基石，兩者緊密結(jié)合，與時俱進。因此，可以預見，進入21世紀以后，不用太長的時間，船舶力學發(fā)展的歷史必將翻到嶄新的一頁。面對這樣的歷史機遇，有必要對世紀之交船舶力學若干主要領(lǐng)域的前沿內(nèi)容，以及我國船舶科技工作者希望有更多了解的新內(nèi)容作一些歸納與介紹。這不僅是我國廣大船舶科技工作者的愿望，也有助于為進一步發(fā)展船舶力學打好基礎(chǔ)。20世紀80年代初以來，我國的船舶工業(yè)與船舶技術(shù)取得了迅速的發(fā)展，船舶總產(chǎn)量在20世紀末已穩(wěn)居世界第三位。為奠定我國船舶技術(shù)與船舶工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，我國的船舶力學工作者含辛茹苦，摩胼勵胝地工作，取得了豐碩成果，有的領(lǐng)域接近和達到了國際先進水平。本世紀初是我國船舶工業(yè)和船舶技術(shù)跨越式發(fā)展的重要歷史時期，為進一步振興我國的船舶技術(shù)與船舶工業(yè)，有必要把所取得的成果與國際動向結(jié)合起來，作必要的提煉與總結(jié)，供我國船舶與海洋工程界科技人員和高等學校師生參考。

內(nèi)容概要

　　《船舶推進器水動力學》論述現(xiàn)代船舶推進器理論，它反映了近30年國內(nèi)外研究工作者的優(yōu)秀成果，可作為一本現(xiàn)代船舶推進器理論的高等參考書或高等教材?！洞巴七M器水動力學》各專題的詳細題目可在目錄中看到?！洞巴七M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(shè)計方法的現(xiàn)代發(fā)展趨向。升力面理論述及到螺旋槳和對轉(zhuǎn)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(diào)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(qū)及槳的水動力預報的數(shù)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(shè)計方法的現(xiàn)代發(fā)展趨向也作了介紹。螺旋槳的CFD是近代發(fā)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(xiàn)在在實際螺旋槳設(shè)計工作者中，還不普遍熟悉及應用。《船舶推進器水動力學》有一章介紹了計算流體力學的網(wǎng)格生成、湍流模式、數(shù)值方法、以及螺旋槳RANS方程的數(shù)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并可預報與船體相互作用下的性能。用新型葉剖面設(shè)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(fā)展新的螺旋槳理論設(shè)計方法來提高設(shè)計的精確度，也均為當今重要的發(fā)展趨勢。在《船舶推進器水動力學》最后一章對這兩方面作了闡述。由于《船舶推進器水動力學》某些內(nèi)容涉及到一些比較高深的流體力學基礎(chǔ)，這些在大多數(shù)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。

書籍目錄

第一章 緒論參考文獻第二章 有關(guān)流體力學基礎(chǔ)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(guān)系2.4 格林定理(Green'sTheorem)的應用2.5 作用于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(shù)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(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)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(shè)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作用于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(diào)分析3.1 7.3 軸承力的頻率特征及與伴流場的偶合效應3.1 8升力面理論的準連續(xù)計算方法3.1 9槳轂影響的處理3.2 0對轉(zhuǎn)螺旋槳的升力面理論計算方法3.2 0.1 對轉(zhuǎn)螺旋槳定?；纳γ胬碚撚嬎惴?.2 0.2 均勻來流中對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)螺旋槳非定常升力面理論計算法3.2 0.4 對轉(zhuǎn)螺旋槳非定常水動力的頻率3.2 0.5 對轉(zhuǎn)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(shù)值離散4.3.2 壓力Kutta條件的實施4.3.3 面元網(wǎng)格的劃分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(shù)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(shù)值離散4.4.2 Kutta條件4.4.3 非定常面元法數(shù)值計算方法的校核4.5 可調(diào)螺距螺旋槳性能和轉(zhuǎn)葉力矩的預報計算4.5.1 可調(diào)螺距螺旋槳轉(zhuǎn)葉力矩的研究4.5.2 面元法的應用4.5.3 可調(diào)螺距螺旋槳槳葉轉(zhuǎn)角后槳葉剖面的畸變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(diào)距槳定常性能數(shù)值計算4.6.2 導管螺旋槳非定常性能數(shù)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(shù)值計算方法4.8.2 計算結(jié)果及討論4.9 面元法在螺旋槳設(shè)計問題上的應用4.9.1 導管螺旋槳升力面／面元耦合設(shè)計方法4.9.2 螺旋槳面元設(shè)計方法參考文獻第五章 基于粘流理論的螺旋槳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(shù)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(shù)值離散方法5.4.1 有限差分法5.4.2 有限體積法5.5 數(shù)值網(wǎng)格生成5.5.1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法5.5.2 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成技術(shù)5.5.3 混合網(wǎng)格生成技術(shù)5.6 一般曲線坐標系下的RANS方程5.7 RANS方程的數(shù)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(qū)域數(shù)值網(wǎng)格生成5.8.2 雷諾平均應力方程(RANS)數(shù)值求解5.8.3 數(shù)值算例5.9 船舶推進器領(lǐng)域CFD技術(shù)發(fā)展與應用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應用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(shù)值計算6.2.5 數(shù)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應用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(shù)值計算6.3.5 算例6.4 面元法在螺旋槳空泡計算中的應用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(shù)值求解方法6.4.4 數(shù)值計算結(jié)果6.4.5 幾點注釋參考文獻第七章 現(xiàn)代船舶推進器的設(shè)計方法及其發(fā)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(shè)計中的應用7.4 考慮非定常運轉(zhuǎn)的螺旋槳設(shè)計7.5 應用B樣條修改葉剖面及螺旋槳設(shè)計7.5.1 應用B樣條曲線設(shè)計翼剖面7.5.2 應用B樣條曲面設(shè)計螺旋槳葉7.6 應用粘流CFD計算船后推進器的水動力性能7.7 粘流／勢流耦合的船后推進器設(shè)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

章節(jié)摘錄

插圖：已經(jīng)講到，升力面有取于拱弧面上，也有取于參考面上，無論哪種取法在下面統(tǒng)稱為升力面。在葉片區(qū)內(nèi)，相切于升力面的渦矢量可以分解成相切于升力面的兩個分量，但可有不同的分解處理方法，后面將會討論到。經(jīng)典的分解方法是由二個相互正交的分量來代替。一般其中一個分量在圓柱面與升力面的交線上，這個分量在葉片區(qū)內(nèi)稱弦向渦，由這個分量構(gòu)成的渦系稱為弦向渦系；而另一個渦分量在幅平面與升力面的交線上，稱為展向渦；而由這個渦分量構(gòu)成的渦系稱為展向渦系。這樣分解的弦向渦與展向渦方向正交。這種展向渦取在幅平面與升力面的交線上，以往也稱為附著渦，這種分解方法過去曾作為經(jīng)典的分解方法。但也可以根據(jù)對解問題有利，采用非正交的分解。這樣，展向渦系相對于弦向渦而言，不一定要二者正交，故“展向”二字更為廣義。

圖書封面

圖書標簽Tags

無

評論、評分、閱讀與下載

---

    船舶推進器水動力學 PDF格式下載

---