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调节阀(Control Valve)是一种在管道运输、石油化工、水电核电等工业过程中广泛应用的重要控制元件,它的好坏直接决定着整个系统控制过程是否及时有效。迷宫式调节阀(Labyrinth Control Valve)是一种具有多级降压作用的调节阀,其阀芯内部盘片上的迷宫流道结构可以使迷宫式调节阀在高压差的工作条件下具有防气蚀、降噪声和减振动等特性,进而提高阀门自身的可靠性和使用寿命。为了清楚地了解迷宫式调节阀内局部流场的流动特性和阀芯迷宫流道各结构参数对于降压作用的影响,本文应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法对迷宫式调节阀的内流场二分之一几何模型进行数值模拟,分析了迷宫式调节阀内局部流场的流动特性。结果表明迷宫式流道内流场局部流速和压强变化的趋势是相反的,且阀芯各盘片上相同序号流道内流体压强由盘片1到盘片10逐渐降低,而速度则是先减小再增加;迷宫式调节阀阀芯内,由盘片1到盘片10流经各盘片流体的质量流量以指数规律增加,但是阀芯内各盘片之间流量系数的值变化不大。然后在现有迷宫式调节阀相关研究工作的基础上,选取四个迷宫流道结构设计参数,进行了拉丁超立方试验设计(Latin Hypercube Sampling,LHS),抽取了45组训练样本点和10组测试样本点,并应用数值模拟计算出这些样本点对应的迷宫流道的进出口压差和最大流速,根据仿真得到的数据构建了多种代理模型(Surrogate Model),并选出了精度最高的克里金(Kriging,KRG)代理模型,其决定系数值分别为0.9388和0.9435,同时其均方根误差值也最小;结合代理模型技术,利用Sobol全局感度分析方法(Global Sensitivity Analysis,GSA)计算了迷宫式调节阀阀芯迷宫流道关键结构设计参数的一阶敏感度指数和全阶敏感度指数。结果表明迷宫流道的流道宽度和流道深度这两个结构参数对迷宫流道进出口的压差和内流场局部最大流速影响最大。最后利用上面构建的精度最高的克里金代理模型和多目标遗传算法NSGA-II对迷宫流道的四个结构设计参数进行了优化设计,然后在得到的Pareto最优解集中选择了一个可以接受的迷宫流道的结构参数,根据这些参数建立迷宫流道的三维模型,对其内流场进行了数值模拟计算。优化后的迷宫流道结构与原模型相比,迷宫流道进出口压差由原来的3e5Pa提升至1.58e6Pa,因此优化后的迷宫式调节阀迷宫流道的降压能力有了很大的提高。