Abstract This paper investigates the numerical prediction of cavitation and hull pressure pulses induced by a marine propeller operating in behind-hull conditions of a container vessel in model scale. Simulations are performed using commercial package Star-CCM+ and opensource package OpenFOAM using RANS approach and predictions are compared with experimental measurements. A mesh dependency study with respect to wake prediction is also presented. Operating conditions scaled to two different Reynolds numbers with the same propulsion characteristics and cavitation number are considered to study scaling effect. Simulations using tip refined mesh are performed and compared with using base mesh to study the tip vortex generation, tip vortex cavitation, its interaction with sheet cavity and induced pressure pulses. The influence of time step length is also investigated. Star-CCM+ and OpenFOAM predict consistent results. The predicted cavitation patterns agree well compared to experimental measurements as well as pressure pulse levels up to 3 ~ 4 times blade passing frequency (BPF) especially for the predictions with tip refined mesh. The sheet cavitation is the major contribution to 1st and 2nd order BPF pressure pulses and its closure has significant contributions to higher-order pressure pulses. Deduced pressure pulses by tip vortex cavitation (TVC) are significant ranging from 3rd order to 10th order of BPFs. The TVC induced pressure pulses are related to its violent bursting behavior which is influenced by the closure of the sheet cavity.

中文翻译：

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船体后部螺旋桨诱导压力脉冲和片尖空化相互作用的RANS预测研究

摘要 本文研究了在模型规模的集装箱船的船体后部条件下运行的船用螺旋桨引起的空化和船体压力脉冲的数值预测。使用商业软件包 Star-CCM+ 和开源软件包 OpenFOAM 使用 RANS 方法进行模拟，并将预测与实验测量进行比较。还介绍了关于尾流预测的网格相关性研究。考虑缩放到具有相同推进特性和空化数的两个不同雷诺数的操作条件来研究缩放效应。使用尖端细化网格进行模拟，并与使用基础网格进行比较，以研究尖端涡流的产生、尖端涡流空化、其与片腔的相互作用和诱导压力脉冲。还研究了时间步长的影响。Star-CCM+ 和 OpenFOAM 预测结果一致。与实验测量以及高达 3~4 倍叶片通过频率 (BPF) 的压力脉冲水平相比，预测的空化模式非常吻合，特别是对于尖端细化网格的预测。片状空化是一阶和二阶 BPF 压力脉冲的主要贡献，其闭合对高阶压力脉冲有显着贡献。通过尖端涡流空化 (TVC) 推导出的压力脉冲在 BPF 的 3 阶到 10 阶范围内非常重要。TVC 引起的压力脉冲与其剧烈的爆裂行为有关，而这种爆裂行为受板腔闭合的影响。与实验测量以及高达 3~4 倍叶片通过频率 (BPF) 的压力脉冲水平相比，预测的空化模式非常吻合，特别是对于尖端细化网格的预测。片状空化是一阶和二阶 BPF 压力脉冲的主要贡献，其闭合对高阶压力脉冲有显着贡献。通过尖端涡流空化 (TVC) 推导出的压力脉冲在 BPF 的 3 阶到 10 阶范围内是显着的。TVC 引起的压力脉冲与其剧烈的爆裂行为有关，而这种爆裂行为受板腔闭合的影响。与实验测量以及高达 3~4 倍叶片通过频率 (BPF) 的压力脉冲水平相比，预测的空化模式非常吻合，特别是对于尖端细化网格的预测。片状空化是一阶和二阶 BPF 压力脉冲的主要贡献，其闭合对高阶压力脉冲有显着贡献。通过尖端涡流空化 (TVC) 推导出的压力脉冲在 BPF 的 3 阶到 10 阶范围内非常重要。TVC 引起的压力脉冲与其剧烈的爆裂行为有关，而这种爆裂行为受板腔闭合的影响。片状空化是一阶和二阶 BPF 压力脉冲的主要贡献，其闭合对高阶压力脉冲有显着贡献。通过尖端涡流空化 (TVC) 推导出的压力脉冲在 BPF 的 3 阶到 10 阶范围内非常重要。TVC 引起的压力脉冲与其剧烈的爆裂行为有关，而这种爆裂行为受板腔闭合的影响。片状空化是一阶和二阶 BPF 压力脉冲的主要贡献，其闭合对高阶压力脉冲有显着贡献。通过尖端涡流空化 (TVC) 推导出的压力脉冲在 BPF 的 3 阶到 10 阶范围内非常重要。TVC 引起的压力脉冲与其剧烈的爆裂行为有关，而这种爆裂行为受板腔闭合的影响。