为研究大型循环水槽中推进叶轮的辐射噪声特性，建立叶轮和管道的模型并对其进行数值模拟。采用计算流体力学（CFD）方法和滑移网格方法实现推进叶轮旋转，研究定常流场中推进叶轮的水动力和声辐射。在叶轮周围和桨轴后部布置一圈环形测点和一列轴向测点，监测叶轮径向和轴向各测点处的压力脉动，通过傅里叶变换得到各测点的噪声频谱。结果表明，推进叶轮轮缘处的噪声大致相同，在低频处声压级呈周期性变化，在高频处声压值不断减小，推进叶轮桨轴后的轴向测点声压随着距离的增加而迅速变小。

循环水槽是船舶与海洋工程领域重要的试验装置之一，在船舶阻力、推进、操纵性和适航性等方面都有广泛的应用[1]。试验过程中，推进叶轮将动力系统的能量会转化为驱动水循环运动的动能，因此推进叶轮是循环水槽的核心部件。推进叶轮能实现水的循环流动，进而展开试验；同时，推进叶轮和流体运动过程中会产生强烈的辐射噪声。此外，循环水槽内水流的运动属于内流运动，噪声衰减率低，会严重影响循环水槽的安静性。由此可看出，研究循环水槽推进叶轮的近场噪声问题具有重要的意义。

SIMPSON等[2]以势流理论为基础，采用试验验证的方法重点研究了流体在泵内部流动产生噪声的原因，分析了流体在叶片流道内流动的脉动特性，准确预测了离心泵出口处的声压级，并发现结构与流体介质的相互作用是离心泵内产生流动噪声的主要原因。YANG等[3]以小型卧式离心泵为基础，采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）与计算声学相结合的方法对离心泵的内外场噪声进行了试验性研究。黄俊雄等[4]利用FLUENT软件对3种不同几何参数的叶轮进行了数值模拟，对得到的结果进行了对比研究，数值计算了设计工况下泵内部流场的流动特性。司乔瑞等[5]以Lighthill声比拟理论作为基础，通过将CFD与CA(Computational Acoustics）相结合来求解离心泵的内部声场，基于雷诺时均控制方程对离心泵内部流场进行数值模拟，结果表明：叶频及其倍频是监测点脉动压力的主要频率；出口处监测点的声压值比进口处大；出口和进口处的声压值都在叶频处最大；离心泵工作效率最高时产生的噪声最小；数值模拟得到的结果与试验值基本吻合。施卫东等[6]以雷诺时均控制方程和标准k-ε湍流模型为基础，对轴流泵内的流场进行数值模拟，改变轴流泵叶轮的叶片数量，得到不同叶数下轴流泵内部流场的压力脉动特性，结果表明：叶轮进口处监测点的压力值最大；轴流泵出口处的流量越大，出口处的压力越大；导叶数减少会增大导叶出口处的压力脉动；轴流泵内部压力脉动频率受叶轮转动频率的影响较大；导叶数对压力脉动频率的影响基本上可忽略不计。马飞等[7]以E779A螺旋桨模型为对象，基于声类比理论和傅里叶变换，结合声学软件ACTRAN开展螺旋桨噪声性能的分析研究，结果表明：螺旋桨声压值随着螺旋桨进速系数的增加在不断下降，螺旋桨噪声的声压级随着监测点与螺旋桨距离的不断增大而不断下降低，且轴向和周向监测点的声压级的变化趋势基本一致，但噪声声压级单位距离衰减程度是不断下降的。胡健等[8]利用CFD对导管桨的水动力性能进行了数值模拟，研究分析了导管对螺旋桨水动力性能的影响，研究发现，低速时导管产生对螺旋桨的推力，高速时导管产生对螺旋桨的阻力。

从国内外研究的进展来看，虽然关于螺旋桨噪声的研究较多，但针对螺旋桨噪声的研究更关注远场噪声。虽然推进叶轮本质上也是螺旋桨，但其在管道中旋转，其噪声属于封闭管道流动中的近场噪声，与螺旋桨远场噪声在特性上有很大的区别。针对该问题，本文建立推进叶轮和管道的模型，利用STAR-CCM+软件对推进叶轮在定常流场中的水动力性能和近场辐射噪声性能进行数值模拟。在叶轮周围和桨轴后部布置一圈环形测点和一列轴向测点，监测叶轮径向和轴向各测点处的压力脉动，通过傅里叶变换得到各测点的噪声频谱。对噪声频谱进行分析，得到推进叶轮的近场辐射噪声分布规律和特性。

1 数值方法

1.1 LES湍流模式

LES湍流模式的假设[9]简述为：标量由大涡输运；大涡特性在大涡中体现；大涡直接求解，小涡模拟求得。

过滤变量定义为