针对轴流式止回阀的止回性能,通过动网格数值试验的方法,采用正交试验设计和极差分析,研究缓冲结构的活塞直径、活塞行程、阻尼孔直径3个结构参数对阀瓣止回性能的影响。分析3个结构参数对止回性能的权重影响;以阀瓣的完全闭合时间及止回过程中的最大液动力为目标进行多目标优化设计,在保证瞬态液动力尽可能小的情况下减少阀瓣的闭合时间,实现“快关缓闭”,提升阀门的稳定性。结果表明:笛形缓冲结构在0.0352 s时,由于通孔面积变化导致缓冲阻尼发生突变,使得阀瓣闭合过程中发生震颤,而改进后的缓冲结构具有恒定的阻尼,提升了阀瓣运动的稳定性;通过对3个结构参数的正交试验结果进行极差分析可知,3个结构参数对于阀瓣闭合时间的影响程度排序为:活塞直径(0.0218)>缓冲行程(0.0178)>阻尼孔直径(0.0135),对于最大液动力的影响程度排序为:缓冲行程(

基于Kriging插值代理模型,对轴流式止回阀的各项性能进行综合优化,具体的优化目标为:降低正向流阻;减小阀芯振动;提升止回性能。通过试验设计方案找到影响轴流式止回阀正向流阻的主要结构参数因素,并以其作为优化对象,通过Kriging插值法拟合主要结构参数对应的性能样本点,在保证拟合精度的情况下,使用NSGA-II遗传算法同时对3个主要结构参数进行多目标优化,得到了三目标Pareto前沿,经过权衡不同因素对性能指标的影响大小,最终得到了综合性能最优的结构参数为:阀瓣丰满度系数α1=2.199,阀芯长度L=386.322 mm,阀芯半径R=113.997 mm。其对应的止回阀性能为:正向出口流量Q=161.839 kg/s,正向出口流速v=3.30235 m/s,止回阀进口压力p=97632.2287 Pa。相比优化之前,阀门正向流阻减小了1.2%,阀芯振动降低了0.24%,止回性能提升了2.3%。

针对8′-150LB轴流式止回阀研究其流阻特性,并对其阀芯结构和文丘里阀口结构进行优化设计。为获得轴流式止回阀全开状态下的最小流阻,采用Nystrom法对阀门设计参数进行了确定,利用正交试验方法列出3因素,5水平的25组试验。在此基础上,建立设计参数与性能的Kriging响应面模型。最后利用遗传粒子群算法对Kriging模型进行优化,选取阀门减阻优化设计最优结构参数。

为了分析轴流式止回阀流阻性能,探究阀内结构优化设计方法,引入场协同原理,将该原理从层流推广至湍流.利用Fluent软件对2种不同型号(优化前、后)阀门的内流场进行数值模拟和流动场协同分析,得到压降、流速分布、流动场协同角余弦值分布和有效黏性系数.结果表明优化后阀内流体的速度场与速度梯度场整体上的协同程度更差,有效黏性系数更小,减阻效果明显,能耗降低;通过对比分析流速分布和流动场协同角余弦值分布,还能从局部流动场协同的角度揭示流阻的变化机理.基于流动场协同原理在流动减阻研究中的优势,提出2种阀结构优化设计的思路.

采用椭圆簇法,以轴流式止回阀阀芯中阀瓣型线和导流罩型线的丰满系数为设计变量,进行组合优化设计。由均匀试验设计获得8组方案,为了提高插值精度和可靠性同时补充8组试验结果,数值试验后由Biharmonic样条插值获得阀瓣丰满系数和导流罩的丰满系数最优组合,最终得到压力损失最小的阀瓣型线和导流罩型线。结果表明:由Biharmonic样条插值获得的阀瓣型线丰满系数为0.574,导流罩型线丰满系数为0.986,数值试验得到理论最小压降值为524.06 Pa,流阻系数为0.26。