[发明专利]一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化方法

权利要求书

1.一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：对多路阀的液动力、压力损失进行实验测试

1.1)搭建实验台，对多路阀测试回路进行连接；

1.2)测试多路阀在不同流量、不同阀口开度下的液动力、压力损失情况，并对所得数据进行记录；

第二步：利用Fluent对多路阀进行仿真分析

2.1)根据多路阀的二维图纸，得到多路阀模型的基本尺寸参数，利用Solidworks建立不同阀口开度的多路阀三维模型，并输出igs文件；

2.2)将步骤2.1)中输出的igs文件导入Workbench中DM模型处理器，利用DM中的填充和修补工具，抽取出多路阀内油液流动的流道模型；再将流道模型导入Workbench中的Mesh网格处理器，采用多区网格划分的方法对流道模型划分网格，并设定模型的各个入口、出口以及壁面的名称，输出为mesh文件；

2.3)利用Fluent读取步骤2.2)中得到的mesh文件进行仿真分析，设置仿真的数学模型、物性参数、边界条件，选择计算方法，开始数值模拟计算，得到仿真结果；

2.4)仿真计算结束之后，利用Fluent后处理工具，查看多路阀内各处流场流动分布状态，观察并记录液动力以及压力损失数据，得到多路阀节流口处的速度矢量云图和压力分布云图；分别导入不同阀口开度下的多路阀流道三维模型，改变入口处流量，保持其他条件不变再进行仿真，同样记录液动力和压力损失的数据；

2.5)将仿真记录的数据与实验数据进行对比，如果数据之间的误差在误差允许范围内，则认为仿真所采用的各种条件及网格划分方法是可靠的，如果数据之间误差超过误差允许范围，则重复2.1)-2.4)步骤，修正网格划分、数学模型以及边界条件的设置，直到误差达到误差允许的范围内；

第三步：分析仿真云图并对阀芯关键尺寸参数进行优化分析

3.1)通过对第二步Fluent生成的速度矢量云图、压力分布云图进行分析，观察流场中节流发生的关键位置，分析可能对压力损失、液动力造成关键影响的尺寸参数，并调整尺寸参数，仿真再次记录改变之后的流量、压力损失以及液动力的数值，找到尺寸参数变化的合理范围；

3.2)首先，利用Matlab中拉丁超立方抽样方法在步骤3.1)确定的变量范围内抽取一部分尺寸参数作为响应面分析的基础数据；其次，根据拉丁超立方抽样方法生成的若干组尺寸参数重新建模，并按照第二步的方法进行仿真，记录多路阀在这些尺寸参数下的液动力、压力损失的数据；最后，利用Matlab中二阶多项式响应面模型工具，对拉丁超立方得出的尺寸参数和对应的仿真结果进行回归分析，拟合出这些尺寸参数和优化目标之间的关系式；

3.3)对二阶多项式响应面模型拟合出来的关系式进行求解，计算得到一个Pareto最优解集，根据工程实际选择适合的最优解，再代入到Fluent中进行模拟仿真验证，验证优化结果的准确性；如果仿真和计算结果误差在±15％之内，且较优化前的结果有提升，则认为优化结果成立。

2.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化方法，其特征在于，步骤2.3)中所述的数学模型包括多相流模型、k-e湍流模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化方法，其特征在于，步骤2.3)中所述的物性参数包括流体密度、动力粘度、饱和蒸汽压、蒸汽黏度；所述的边界条件包括入口流量、出口压力、壁面条件。

4.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化方法，其特征在于，步骤2.5)中所述的误差允许范围：以实验数据为基准的±25％之内。

5.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化方法，其特征在于，步骤3.1)中所述的尺寸参数主要包括节流口处节流槽的周向的数量，节流槽的深度以及节流槽本身的形状尺寸。