基于代理模型的轴流式调节阀阀体型线优化

针对国内外大口径天然气管线阀门型线优化周期长、优化过程机械式重复的问题，提出一种采用Kriging代理模型结合NSGA-Ⅱ算法的轴流式调节阀型线优化方法。以DN600轴流式调节阀为研究对象，通过Fluent与ANSYS软件对其性能进行初步评估后，选定流量值、最大应力水平和最大变形量为优化目标。首先采用B-spline曲线对阀体型线进行拟合，通过改变控制点的坐标实现阀体型线的参数化，并实现阀体型线的自动建模，运用拉丁超立方采样方法设计100种型线，通过数值模拟得到结构优化样本库，建立轴流式调节阀的Kriging代理模型。然后采用NSGA-Ⅱ算法对代理模型进行寻优得到Pareto前沿解集，通过对3个型线前沿解与初始型线内部水平截面的速度、压力变化曲线的研究，确定最优型线。再对优化前后的开度-阻力特性、流量-阻力特性及阀后管道内部流动进行研究，结果表明，优化后的型线流量值提高了9.2%，最大应力水平降低了8.46%，最大变形量减小了6.2%，优化后流体阻力降低，阀后管道高速流动影响距离减小。优化后型线的性能提升证明了该型线优化方法的有效性，揭示了该方法在阀门型线结构优化领域的潜力。