阀门的设计与优化

阀门是通过打开、关闭或部分阻塞各种通道来控制、引导或调节流体流动的装置。在开启的阀门中，流体沿高压向低压流动。优化阀门的主要目标通常是在确定的压降下提高通过阀门的流量，通常用所谓的流量系数或流量因子表示，这是允许流体流动的效率的相对度量。

案例:使用SimericsMP+进行阀门优化

以下部分描述了一项优化研究，演示了使用CAESES和SimericsMP+作为CFD求解器进行阀门优化的工作流程。本研究的对象是来自外交运动解决方案的一个四通滑阀，这是一个先导操作的分配器与电磁阀或液压控制。特别地，为了在施加的压降为5 bar时获得最高的质量通量，对阀门的两个端口的形状进行了优化。为了优化目的，在固定阀芯位置的情况下模拟该阀门，使只有P和a端口(下图中蓝色部分)通过阀芯端口凹槽(下图中绿色部分)连接，这是典型的操作条件。

几何变化设置

将受影响的端口从原始CAD模型中删除，用ceses中参数化的几何部件替换。对于考虑的两个端口，选择相同的9个参数集作为优化的自由变量。这些参数控制了港口内部通道的不同形式特征的形状。下面的动画演示了各个参数对几何模型的影响。

SimericsMP +自动化

SimericsMP+使用CAESES软件连接器进行集成，用于分析生成的几何变量。几何图形以STL Extract Colors格式导出，其中为CAESES中几何图形的一部分定义的每个颜色都导出到单独的STL文件中。这使得SimericsMP+可以轻松地识别边界补丁，并保持与相关设置(例如网格设置或边界条件)的结合性，允许自动网格再生。模拟设置在SimericsMP+用户界面中执行一次，并保存在*中。spro文件，该文件随后将由ceses为每个变体导出。

在结果端，导入一个包含完整流场的Ensight Gold文件，以及一个包含集成值的时间历史记录的文本文件。后者用于提取优化的目标，即流量。

优化过程和结果

整个优化过程分为三个阶段。在第一步中，初步的DoE包括两个端口(a)中的一个的所有9个参数，使用100个设计变量进行。基于这些结果，确定了4个影响最大的参数，即与目标函数相关性最强的参数(箱旋转、箱移动、外半径和底圆角半径)，并选择了第二个DoE。在这里，所选参数应用于端口(A和P)和90个设计分析。最后，在最后一步中，从上述DoE的最佳设计和同一组参数出发，再加上50个设计，进行局部优化。

与基线设计相比，优化设计在该过程结束时的质量流量提高了约9%，其中DoE阶段贡献了7%，最终局部优化增加了2%。虽然不是一个严格的约束，但在优化过程中监测了端口的体积，但所有考虑的变量都在可容忍的范围内。在那不勒斯大学工业工程系进行的实验测试证实了优化的结果。同样值得注意的是，该设计之前已经通过工业工程部门的手动迭代过程进行了优化，达到了类似的结果，尽管在几个月的时间框架内，而使用CAESES执行的自动化过程只需要几天。