Page 31 - 《应用声学》2025年第3期

第 44 卷 第 3 期 李聪等： 不同叶顶间隙对泵喷推进器流噪声特性的影响 565

用多面体网格单元，对旋转区域网格进行细化加密 其中，V p 为来流速度，T p 为螺旋桨推力，Q p 为螺旋
以保证其流场计算精度。 桨扭矩，n p 为螺旋桨转速，D p 为螺旋桨直径，ρ 为水
图 2 是 INSEAN E779A 螺旋桨的计算域和边 的密度。
界条件，计算域是长、宽、高分别为 40D p 、15D p 、 数值计算结果和实验结果对
图 4 为 K T p 、K Q p
15D p 的长方体。图 3 是旋转域及其附近网格，旋转 -exp 分别表示推力系数
比，其中 K T p -exp 和 K Q p
域为直径1.4D p 的圆柱，域内网格稠密，较远处网格 -cfd 分别表示
和扭矩系数实验值，K T p -cfd 和 K Q p
稀疏。旋转域网格数量为 125 × 10 ，整个计算域网 推力系数和扭矩系数计算值。可以看出，计算结
4
格总数量为331 × 10 。 果与实验结果吻合很好，验证了本文流场计算的
4
可靠性。
40D p
ࠫሦ᣸ႍ
1.0
INSEAN E779Aೇ
K Tp-exp
0.8
K Tp -cfd
K Qp-exp
ԍҧ 0.6 K Qp -cfd
15D p ѣ԰ ೇ඄ 1.4D p ᤴए ඵүҧጇ஝ϙ 0.4
К԰
0.2
0
y
஽ᣁ۫ Яᦊႍ̔᭧ -0.2
z 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
ࠫሦ᣸ႍ
ᤉᤴጇ஝
图 2 INSEAN E779A 螺旋桨的计算域示意图
图 4 INSEAN E779A 螺旋桨推力系数和扭矩系数曲线
Fig. 2 Computational Domain for the INSEAN
Fig. 4 Thrust and torque coefficient curves for IN-
E779A Propeller
SEAN E779A Propeller
2 数值计算结果与分析

2.1 计算模型及网格无关性验证
安装在某型水下航行体上的泵喷推进器，如
图 5 所示；推进器剖视图如图 6 所示。航行体 -泵喷
总长 L = 4 m，转子叶片数为7，后置导叶数为 5，导
叶和导管为一体化结构；导管内壁半径为90 mm；为
了研究不同叶顶间隙对泵喷推进器流噪声的影响，
截取了 89.5 mm、89 mm、88.5 mm 三种不同半径
的转子，从而得到叶顶间隙分别为 0.5 mm、1 mm、
图 3 旋转域及其附近网格
Fig. 3 Rotating domain and surrounding grids 1.5 mm 的泵喷推进器模型。为了便于下文分析，定
义δ 来表示叶顶间隙。
按上述方法计算流场信息，然后使用壁面积分
法计算水力参数 [13] 。
式 (1)∼(3) 分别给出了螺旋桨进速系数、推力
系数和扭矩系数的定义：

V p
Jp = , (1)
n p · D p
T p
= , (2)
K T p 2 4 图 5 航行体 -泵喷推进器模型
ρn D p
p
Fig. 5 The underwater vehicle and pumpjet
Q p
= , (3)
K Q p 2 5 propulsor model
ρn D
p p