作为温室气体（GHG）排放的主要来源，航运业对全球气候变化产生了深远影响（Talley, 2003; Li et al., 2024）。根据国际海事组织（IMO）第四次温室气体研究，2018年全球航运业排放了10.76亿吨温室气体，占人为总排放量的约2.89%（Joung et al., 2020）。在2023年IMO船舶温室气体减排战略建立的严格净零框架下，该行业迫切需要深入整合能源效率技术（EETs）和替代燃料，以减轻前所未有的脱碳压力并加速绿色转型（Ghoneim et al., 2023; Serra et al., 2020; Zhang et al., 2024a）。此外，持续应用节能技术不仅优化了能源效率，还有助于降低单个船舶的水下辐射噪声（URN）水平，从而带来多方面的环境效益（Vakili et al., 2025）。
随着绿色航运和低碳技术的蓬勃发展，减阻已被认为是提高船舶能源效率和实现碳减排目标的最有效策略之一（Molland et al., 2014; Giernalczyk et al., 2021; Kim et al., 2023）。在流体力学和表面工程领域，疏水材料的设计和工程应用取得了显著进展（Wang et al., 2020; Rothstein, 2010; Jeevahan et al., 2018; Parvate et al., 2020）。疏水材料——具有低表面能和高接触角的特性——能够显著减少摩擦阻力，在海运和管道运输中展现出巨大潜力（Ma et al., 2006）。Golovin等人（2016）系统分析了超疏水表面（SHSs）在湍流环境中的挑战，提出了诸如流线对齐特征和关键无量纲粗糙度等关键标准，以实现高效的减阻效果。同时，Nouri等人（Nouri et al., 2012）探讨了表面润湿性与边界条件之间的相关性，指出微纳结构与化学改性之间的协同作用可以显著增加有效滑移长度，为完善减阻机制和精密表面制造提供了理论指导。
目前，利用疏水材料抑制生物污损是一个重要的研究焦点。在复杂的海洋环境中航行时，螺旋桨和流动部件容易受到藤壶等污损生物的侵害。这些生物引起的表面粗糙度增加会破坏壁面流场，显著增加摩擦阻力，从而导致推进能耗急剧上升（Song et al., 2019）（Farkas et al., 2021）。因此，开发疏水材料对于提高整体能源效率至关重要。Sun等人（Sun et al., 2018）使用皮秒激光在不锈钢上制造了超疏水表面，证实相互连接的微槽结构可以抑制微生物附着，减少约50%。在流体动力学性能方面，Ivanovich等人（Ivanovich et al., 2020）发现将造船钢从亲水状态转变为超疏水状态可以减少约1.44倍的摩擦阻力。此外，受莲花叶微观结构的启发，Bae等人（2022）开发了超疏水涂层，通过降低表面能和有效粘附面积成功阻止了无脊椎动物幼虫（如海鞘）的初始定殖。为了克服这类表面的机械耐久性不足，Wang等人（2024）引入了纳米LDH（层状双氢氧化物）材料，将其涂层粘附强度提高至4.5 MPa，并通过自修复性能建立了长期稳定的屏障。
疏水材料已被应用于螺旋桨的减阻分析。Katsuno等人（Katsuno et al., 2018）（Katsuno et al., 2022）系统评估了超疏水涂层对螺旋桨流体动力学性能的影响，利用拓扑优化实现了推力和效率的协同优化。Pan等人（2022a）结合PIV实验和数值模拟证明了疏水涂层不仅增强了推力，还抑制了叶尖和叶毂涡旋的强度。Chen等人（2023）通过水槽测试证实，疏水表面显著增加了叶片压力差，最大效率提升了约2.8%，同时强调了稳定表面气层（plastron）在维持长期减阻中的关键作用，因为它提供了持久的气液滑移界面。
尽管疏水材料在传统螺旋桨上的减阻潜力已初步得到证实，但它们对泵喷推进器（PJPs）的综合影响——尤其是其复杂的内部流动结构和强烈的部件相互作用——仍很大程度上尚未探索，特别是在其声学特性方面。PJPs中的导管、定子和旋翼之间的紧密耦合使得流场比开放式螺旋桨更为复杂。为了填补这一空白，本研究开发了一个高保真数值框架，采用交替的自由滑移和无滑移边界条件来表征PJPs封闭通道内疏水表面的非均匀滑移特性。通过将改进的延迟脱离涡模拟（IDDES）方法与Lighthill声学类比相结合，本工作量化了效率提升，并提供了关于表面滑移如何调节尾流涡旋动力学和抑制流动诱导噪声的机制见解。所有模拟均在非空化条件下进行，以将疏水效应与与空化相关的高度非线性干扰和潜在界面不稳定性分离。
