本案例采用稳态＋瞬态联合仿真流程：

●  首先采用多重参考系（MRF）方法进行稳态计算，快速获取初始流场

●  再以稳态流场为初场，采用滑移网格进行瞬态计算，输出推力、扭矩等关键水动力参数

●  得到周期规律变化的瞬态流场后，开启FW-H声学模型，完成推进器水动噪声仿真

关键物理场：压力基流体仿真分析软件（INTESIM-CFD1）

核心功能：MRF、滑移网格、FW-H噪声

分析类型：稳态分析、瞬态分析

03 仿真模型建立

图 1水下推进器几何模型

（2）计算域

创建圆柱形流体计算域，如图 2所示，其直径为5D，入口/出口距推进器均为4.5D（D为转子直径），以确保流场充分发展。转子周围包裹圆柱形旋转域，如图 3所示。

图 2整体计算域

图 3旋转域

（3）计算域网格划分

使用INTESIM-CFD1软件对流体域划分“四面体+边界层”网格，如图 4所示，对壁面处网格进行加密处理，网格总数量为8823191。

图 4流体域网格

04 仿真设置

材料参数：

流体域材料为液体水，其材料属性设置如图 5所示。

图 5流体材料属性

湍流模型：

在进行推进器水动力参数计算时，选取SST k-omega模型，该模型可以高精度解析叶片表面的边界层，准确预测由逆压梯度引起的流动分离。其混合特性使其在近壁区和主流区都有良好表现，数值上相对稳健，易于收敛。具体模型参数如图 6所示。

图 6水动力分析-湍流模型参数

在进行噪声计算时，选取DES湍流模型，该模型可以精准捕捉大尺度涡结构与压力脉动，准确预测推进器噪声。DES湍流模型具体参数如图 7所示。

图 7噪声分析-湍流模型参数

仿真参数设置：

以MRF方法计算得到的流场结果作为初始流场，再使用滑移网格方法继续计算得到1s内的结果。瞬态分析结束时间、时间步长以及迭代次数设置如图 8、图 9所示。

图 8瞬态分析时间控制参数

图 9瞬态分析求解设定参数

边界条件：

计算域左侧为速度入口，右侧为压力出口，推进器转子设置为旋转壁面。使用滑移网格计算时，需设置动静交界面。边界条件示意图如图 10所示，边界参数详见表 1。

图 10边界条件示意图

表 1边界条件设置

水动噪声计算设置：

在水下推进器周围设置4个监测点以便于噪声对比分析，监测点位置如图 11所示。其中Rec1、Rec2位于推进器径向方向，Rec3、Rec4位于推进器轴向方向。

图 11监测点位置

噪声计算选择FW-H声学模型，该模型适用于流动、湍流、物体表面等因素产生的噪声。具体模型参数、噪声源、监测点坐标见图 12。

图 12 FW-H模型参数设置

05 仿真结果分析与精度对比

叶片压力云图结果：

1秒时刻转子叶面与叶背的压力云图如图 13、图 14所示，从图中可以清晰地观察到叶面整体呈高压状态、叶背整体呈低压状态，压力分布合理。与对标软件结果进行对比，转子叶片大正压相差2.93%。

图 13 1秒时刻转子叶面压力云图

图 14 1秒时刻转子叶背压力云图

1秒时刻垂直于Z轴截面的流场压力云图如图 15所示，从图中可以看出，由于转子的抽吸作用，转子前端区域压力低于后端，形成稳定压差，这正是推进器推力的主要来源。与对标软件结果进行对比，截面压力大正压相差2.02%。

图 15 1秒时刻速度场云图对比

水动力参数结果：

瞬态分析得到的推力与扭矩随时间变化曲线如图 16、图 17所示。从水动力参数变化曲线图可以看出，推力和扭矩曲线呈现出明显的周期性规律。推力在0~0.1s间出现了一个显著的峰值，高接近4000N，随后快速下降，这是推进器启动初期的瞬态波动；0.1s~1s内，推力进入周期性波动状态，1s内6个完整周期，每个周期对应推进器转子旋转一圈，且扭矩和推力的周期完全同步，说明水下推进器的推力与扭矩变化具有强相关性。

图 16推力随时间变化曲线                         图 17扭矩随时间变化曲线

采用时均法计算，得到该推进器在3m/s来流速度、转速为400rpm的水动力参数，如表 2所示。

表 2水动力参数数据

推进器流场动画：

水动噪声结果：

流场不同监测点的声压级曲线如图 18所示，从曲线可以看出，所有监测点的声压级曲线均呈现“低频高、高频低”的共性规律。在低频段（0~200Hz），声压级快速下降，是水下推进器噪声的主要能量集中区域，这是因为水下推进器的机械振动和转子空化的基频及低阶谐波主要分布在低频范围；在中高频段（200~1000Hz），声压级下降变缓，波动幅度减小，这部分噪声主要来自转子的高阶谐波，同时湍流噪声在该频段自然衰减。

在工程应用上，可以根据INTESIM-CFD1计算出水下推进器的噪声大小与分布情况，依据这些数据针对性改进推进器结构，有效降低噪声的声压级，让设备在水下运行时更安静，显著提升隐蔽性。

（a）Rec1                                                 （b）Rec2

（c）Rec3                                              （d）Rec4

图 18不同监测点的声压级曲线

06 结论

本案例基于INTESIM-CFD1软件，建立了水下推进器从几何处理、网格划分、模型设置到流场-水动力-噪声一体化仿真的完整流程。同时验证了MRF、滑移网格、FW-H声学模型的可靠性与计算精度。

该方案可直接支撑推进器设计优化与降噪改进，大幅缩短研发周期，降低试验成本。随着应用的深入和软件的持续迭代，INTESIM-CFD1必将在船舶海洋工程乃至更广阔的工业仿真领域，扮演越来越重要的角色，为国家高端装备的自主研发注入强劲动力。

07 新一代核心工业软件赋能深海装备研发

作为新一代核心工业软件，英特压力基流体仿真软件具备自主可控的底层仿真内核与求解引擎，摆脱了国外技术垄断，保障高端装备研发的技术安全与数据安全，破解“卡脖子”难题。

同时，立足深海装备、水下航行器等新兴应用场景持续创新，融合高精度湍流与声学耦合算法，实现技术性能对标国际一流水平，为水下推进器研发提供更精准、更高效的数字化仿真能力，以自主可控的核心工业软件，助力中国深海装备迈向更高效、更静音的高质量发展新征程。