第1章 简介 1
1.1 船舶螺旋桨射流特性 1
1.2 船舶螺旋桨射流的应用 2
1.3 本书内容 2
第2章 速度分量预测公式 4
2.1 普通水射流 4
2.1.1 普通水射流理论 4
2.1.2 轴向动量理论 4
2.2 普通水射流和轴向动量理论的局限性 6
2.3 螺旋桨射流的半经验公式 7
2.3.1 流出速度 7
2.3.2 螺旋桨射流的收缩 8
2.3.3 发展区范围 8
2.3.4 发展区 9
2.3.5 完成区 11
2.3.6 切向速度分量 12
2.3.7 径向速度分量 14
2.4 结论 14
第3章 数值模拟 18
3.1 CFD软件的选择 18
3.2 硬件的选择 19
3.3 螺旋桨 20
3.3.1 螺旋桨构造 20
3.3.2 螺旋桨的基本特征 20
3.3.3 螺旋桨的研究现状 21
3.4 几何模型的创建 22
3.5 网格生成 23
3.5.1 非结构化网格的生成 23
3.5.2 结构化网格的生成 24
3.6 计算域的敏感性 26
3.6.1 立方体域或圆柱体域 26
3.6.2 结构化网格的域独立性 26
3.6.3 非结构化网格的域独立性 27
3.7 网格的敏感性 27
3.7.1 结构化网格的独立性 28
3.7.2 非结构化网格的独立性 28
3.8 螺旋桨3D扫描和3D打印 28
3.9 边界条件和连续区 29
3.10 CFD控制公式 29
3.11 湍流模型 31
3.11.1 Standard k-ε湍流模型 31
3.11.2 RNG k-ε湍流模型 32
3.11.3 Realizable k-ε湍流模型 32
3.11.4 Standard k-ω湍流模型 32
3.11.5 SST k-ω湍流模型 33
3.11.6 Spalart-Allmaras湍流模型 33
3.11.7 雷诺应力模型（RSM） 33
3.12 计算要求 33
3.13 网格移动 34
3.14 离散格式 35
3.15 近壁区处理 36
3.16 求解算法 36
3.17 收敛 36
3.18 结论 37
第4章 湍流模型 76
4.1 标识 76
4.2 几何分析 76
4.3 结构化网格或非结构化网格 77
4.4 旋转参考系法建模 78
4.5 湍流模型应用 79
4.5.1 结构化网格的Standard k-ε模型应用 79
4.5.2 结构化网格的RNG k-ε模型应用 80
4.5.3 结构化网格的Realizable k-ε模型应用 81
4.5.4 结构化网格的Standard k-ω模型应用 81
4.5.5 结构化网格的SST k-ω模型应用 82
4.5.6 结构化网格的Spalart-Allmaras模型应用 82
4.5.7 结构化网格的雷诺应力模型应用 83
4.6 离散方案 83
4.6.1 结构化网格的离散化格式 83
4.6.2 非结构化网格的离散化格式 84
4.6.3 二阶迎风格式的数值不稳定性 85
4.7 提出的方案 85
4.8 结论 86
第5章 CFD模型的应用 135
5.1 网格生成 135
5.2 网格独立性检验 135
5.3 最大轴向速度的衰减 135
5.4 轴向速度分布 136
5.4.1 流出平面处的轴向速度分布 136
5.4.2 发展区范围 136
5.4.3 完成区范围 136
5.5 最大切向速度的衰减 137
5.6 切向速度分量的分布 137
5.7 最大径向速度的衰减 137
5.8 径向速度分量的分布 137
5.9 结论 138
第6章 LDA实验设置 148
6.1 实验装置 148
6.1.1 螺旋桨模型 149
6.1.2 缩比尺实验模型 149
6.2 数据采集 150
6.2.1 测量网格 150
6.2.2 激光多普勒测速 151
6.2.3 Dantec LDA测量系统 151
6.2.4 实验 154
6.2.5 误差分析 155
6.3 粒子图像测速（PIV） 156
6.4 结论 156
第7章 实验数据分析 167
7.1 轴向速度分量 167
7.1.1 旋转中心的轴对称性 167
7.1.2 流出速度 168
7.1.3 流出速度的位置 169
7.1.4 螺旋桨射流的收缩 169
7.1.5 发展区长度 169
7.1.6 发展区内最大轴向速度的衰减 169
7.1.7 发展区内最大轴向速度位置 170
7.1.8 发展区的范围 170
7.1.9 完成区的范围 171
7.2 切向速度分量 171
7.2.1 最大切向速度的衰减 172
7.2.2 切向速度分量的分布 172
7.3 径向速度分量 172
7.3.1 最大径向速度的衰减 173
7.3.2 径向速度分量的分布 173
7.4 结论 173
第8章 湍流强度 190
8.1 湍流强度的定义 190
8.1.1 Dantec LDA系统的湍流强度定义 191
8.1.2 Fluent湍流强度的定义 191
8.1.3 湍流强度的参考速度 192
8.2 LDA测量和CFD预测的湍流强度对比 192
8.2.1 湍流强度的成分 193
8.2.2 湍流强度 194
8.3 船舶螺旋桨射流的湍流强度 195
8.4 使用Standard k-ε湍流模型的螺旋桨射流的湍流强度 196
8.5 使用RNG k-ε，Realizable k-ε，Standard k-ω和SST k-ω模型的船舶螺旋桨射流的湍流强度 197
8.6 使用雷诺应力模型（RSM）的船舶螺旋桨射流的湍流强度 198
8.7 使用Spalart-Allmaras模型的船舶螺旋桨射流的湍流强度 199
8.8 结论 200
第9章 结论和展望 215
9.1 结论 215
9.2 展望 218
参考文献 220