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本案例采用穩態＋瞬態聯合仿真流程：

●  首先采用多重參考系（MRF）方法進行穩態計算，快速獲取初始流場

●  再以穩態流場為初場，采用滑移網格進行瞬態計算，輸出推力、扭矩等關鍵水動力參數

●  得到周期規律變化的瞬態流場后，開啟FW-H聲學模型，完成推進器水動噪聲仿真

關鍵物理場：壓力基流體仿真分析軟件（INTESIM-CFD1）

核心功能：MRF、滑移網格、FW-H噪聲

分析類型：穩態分析、瞬態分析

03 仿真模型建立

圖 1水下推進器幾何模型

（2）計算域

創建圓柱形流體計算域，如圖 2所示，其直徑為5D，入口/出口距推進器均為4.5D（D為轉子直徑），以確保流場充分發展。轉子周圍包裹圓柱形旋轉域，如圖 3所示。

圖 2整體計算域

圖 3旋轉域

（3）計算域網格劃分

使用INTESIM-CFD1軟件對流體域劃分“四面體+邊界層”網格，如圖 4所示，對壁面處網格進行加密處理，網格總數量為8823191。

圖 4流體域網格

04 仿真設置

材料參數：

流體域材料為液體水，其材料屬性設置如圖 5所示。

圖 5流體材料屬性

湍流模型：

在進行推進器水動力參數計算時，選取SST k-omega模型，該模型可以高精度解析葉片表面的邊界層，準確預測由逆壓梯度引起的流動分離。其混合特性使其在近壁區和主流區都有良好表現，數值上相對穩健，易于收斂。具體模型參數如圖 6所示。

圖 6水動力分析-湍流模型參數

在進行噪聲計算時，選取DES湍流模型，該模型可以精準捕捉大尺度渦結構與壓力脈動，準確預測推進器噪聲。DES湍流模型具體參數如圖 7所示。

圖 7噪聲分析-湍流模型參數

仿真參數設置：

以MRF方法計算得到的流場結果作為初始流場，再使用滑移網格方法繼續計算得到1s內的結果。瞬態分析結束時間、時間步長以及迭代次數設置如圖 8、圖 9所示。

圖 8瞬態分析時間控制參數

圖 9瞬態分析求解設定參數

邊界條件：

計算域左側為速度入口，右側為壓力出口，推進器轉子設置為旋轉壁面。使用滑移網格計算時，需設置動靜交界面。邊界條件示意圖如圖 10所示，邊界參數詳見表 1。

圖 10邊界條件示意圖

表 1邊界條件設置

水動噪聲計算設置：

在水下推進器周圍設置4個監測點以便于噪聲對比分析，監測點位置如圖 11所示。其中Rec1、Rec2位于推進器徑向方向，Rec3、Rec4位于推進器軸向方向。

圖 11監測點位置

噪聲計算選擇FW-H聲學模型，該模型適用于流動、湍流、物體表面等因素產生的噪聲。具體模型參數、噪聲源、監測點坐標見圖 12。

圖 12 FW-H模型參數設置

05 仿真結果分析與精度對比

葉片壓力云圖結果：

1秒時刻轉子葉面與葉背的壓力云圖如圖 13、圖 14所示，從圖中可以清晰地觀察到葉面整體呈高壓狀態、葉背整體呈低壓狀態，壓力分布合理。與對標軟件結果進行對比，轉子葉片大正壓相差2.93%。

圖 13 1秒時刻轉子葉面壓力云圖

圖 14 1秒時刻轉子葉背壓力云圖

1秒時刻垂直于Z軸截面的流場壓力云圖如圖 15所示，從圖中可以看出，由于轉子的抽吸作用，轉子前端區域壓力低于后端，形成穩定壓差，這正是推進器推力的主要來源。與對標軟件結果進行對比，截面壓力大正壓相差2.02%。

圖 15 1秒時刻速度場云圖對比

水動力參數結果：

瞬態分析得到的推力與扭矩隨時間變化曲線如圖 16、圖 17所示。從水動力參數變化曲線圖可以看出，推力和扭矩曲線呈現出明顯的周期性規律。推力在0~0.1s間出現了一個顯著的峰值，高接近4000N，隨后快速下降，這是推進器啟動初期的瞬態波動；0.1s~1s內，推力進入周期性波動狀態，1s內6個完整周期，每個周期對應推進器轉子旋轉一圈，且扭矩和推力的周期完全同步，說明水下推進器的推力與扭矩變化具有強相關性。

圖 16推力隨時間變化曲線                         圖 17扭矩隨時間變化曲線

采用時均法計算，得到該推進器在3m/s來流速度、轉速為400rpm的水動力參數，如表 2所示。

表 2水動力參數數據

推進器流場動畫：

水動噪聲結果：

流場不同監測點的聲壓級曲線如圖 18所示，從曲線可以看出，所有監測點的聲壓級曲線均呈現“低頻高、高頻低”的共性規律。在低頻段（0~200Hz），聲壓級快速下降，是水下推進器噪聲的主要能量集中區域，這是因為水下推進器的機械振動和轉子空化的基頻及低階諧波主要分布在低頻范圍；在中高頻段（200~1000Hz），聲壓級下降變緩，波動幅度減小，這部分噪聲主要來自轉子的高階諧波，同時湍流噪聲在該頻段自然衰減。

在工程應用上，可以根據INTESIM-CFD1計算出水下推進器的噪聲大小與分布情況，依據這些數據針對性改進推進器結構，有效降低噪聲的聲壓級，讓設備在水下運行時更安靜，顯著提升隱蔽性。

（a）Rec1                                                 （b）Rec2

（c）Rec3                                              （d）Rec4

圖 18不同監測點的聲壓級曲線

06 結論

本案例基于INTESIM-CFD1軟件，建立了水下推進器從幾何處理、網格劃分、模型設置到流場-水動力-噪聲一體化仿真的完整流程。同時驗證了MRF、滑移網格、FW-H聲學模型的可靠性與計算精度。

該方案可直接支撐推進器設計優化與降噪改進，大幅縮短研發周期，降低試驗成本。隨著應用的深入和軟件的持續迭代，INTESIM-CFD1必將在船舶海洋工程乃至更廣闊的工業仿真領域，扮演越來越重要的角色，為國家高端裝備的自主研發注入強勁動力。

07 新一代核心工業軟件賦能深海裝備研發

作為新一代核心工業軟件，英特壓力基流體仿真軟件具備自主可控的底層仿真內核與求解引擎，擺脫了國外技術壟斷，保障高端裝備研發的技術安全與數據安全，破解“卡脖子”難題。

同時，立足深海裝備、水下航行器等新興應用場景持續創新，融合高精度湍流與聲學耦合算法，實現技術性能對標國際一流水平，為水下推進器研發提供更精準、更高效的數字化仿真能力，以自主可控的核心工業軟件，助力中國深海裝備邁向更高效、更靜音的高質量發展新征程。