1. JEECS
  2. Всі випуски
  3. Випуск 11, Номер 1, 2025
  4. Застосування чисельного CFD моделювання та оптимізації форми для модифікації витратних характеристик дросельних клапанів

Застосування чисельного CFD моделювання та оптимізації форми для модифікації витратних характеристик дросельних клапанів

JEECS.
2025;
Випуск 11, Номер 1
: c. 33 – 43
https://doi.org/10.23939/jeecs2025.01.033
Надіслано: Квітень 17, 2025
Переглянуто: Травень 31, 2025
Прийнято: Червень 23, 2025

A. Dykas, U. Warzyńska. (2025) Application of CFD numerical simulations and shape optimization to modify the flow characteristics of throttle valves. Energy Engineering and Control Systems, Vol. 11, No. 1, pp. 33 – 43. https://doi.org/10.23939/jeecs2025.01.033

Автори:
  1. Аліція Дикас
  2. Урсула Важинська
1
Вроцлавський університет науки і техніки
2
Вроцлавський університет науки і техніки

Метою дослідження було виконати числовий аналіз потоку оливи через прохідний отвір гідравлічного клапана за допомогою методу CFD та виконати оптимізацію профілю клапана з метою лінеаризації його характеристик. В рамках роботи було проведено аналіз витратних характеристик клапана за допомогою числового моделювання. Це дозволило розробити характеристики досліджуваного клапана. Процес оптимізації розпочався з аналізу чутливості форми, щоб визначити вплив геометрії на ключові параметри потоку, такі як перепад тиску. Одне з отриманих рішень, вибране на основі його функціональності та технологічної можливості виробництва, було додатково проаналізовано. Характеристики потоку, визначені для оптимізованої конструкції, були порівняні з характеристиками вихідного клапана за допомогою статистичних методів. Було показано, що оптимізована геометрія досягла більш лінійної характеристики, що дозволить забезпечити точніше керування процесом дроселювання за допомогою цього клапана.

оптимізація форми
обчислювальна гідродинаміка
напірний клапан
втрати тиску
витратна характеристика
метод скінченних об'ємів
гідравлічні системи
  1. Wang, B., Zhao, X., Quan, L., Li, Y., Hao, Y., & Ge, L. (2023). A method for improving flow control valve performance based on active differential pressure regulation. Measurement, 219, 113271. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2023.113271
  2. Lisowski, E., & Filo, G. (2017). Analysis of a proportional control valve flow coefficient with the usage of a CFD method. Flow Measurement and Instrumentation, 53(Part B), 269–278. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2016.12.008
  3. Zhu, D., Fu, Y., Han, X., & Li, Z. (2020). Design and experimental verification on characteristics of electro-hydraulic pump. Mechanical Systems and Signal Processing, 144, 106771. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.106771
  4. Milani, M., Montorsi, L., & Paltrinieri, F. (2024). Experimental investigation of the suction capabilities of an innovative high speed external gear pump for electro-hydraulic actuated automotive transmissions. International Journal of Fluid Power, 25(2), 243–272. https://doi.org/10.13052/ijfp1439-9776.2527
  5. Castilla, R., Gamez-Montero, P. J., Ertürk, N., Vernet, A., Coussirat, M., & Codina, E. (2010). Numerical simulation of turbulent flow in the suction chamber of a gear pump using deforming mesh and mesh replacement. International Journal of Mechanical Sciences, 52(10), 1334–1342. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2010.06.001
  6. Pellegri, M., Manne, V. H. B., & Vacca, A. (2020). A simulation model of Gerotor pumps considering fluid–structure interaction effects: Formulation and validation. Mechanical Systems and Signal Processing, 140, 106720. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.106720
  7. Siwulski, T., & Warzyńska, U. (2021). Numerical investigation of the influence of the inlet nozzle diameter on the degree of fluid exchange process in a hydraulic cylinder. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 15(1), 1243–1258. https://doi.org/10.1080/19942060.2021.1958379
  8. Stryczek, J., & Stryczek, P. (2021). Synthetic approach to the design, manufacturing and examination of gerotor and orbital hydraulic machines. Energies, 14(3), 624. https://doi.org/10.3390/en14030624
  9. Li, R., Wang, Z., Xu, J., Yuan, W., Wang, D., Ji, H., & Chen, S. (2024). Design and optimization of hydraulic slide valve spool structure based on steady state flow force. Flow Measurement and Instrumentation, 96, 102568. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2024.102568
  10. Zhang, C., Zhao, Y., Jiang, C., Guo, J., & Li, W. (2024). Structure optimization of electromagnetic valve to improve electromagnetic force. Journal of Magnetism and Magnetic Materials.  https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.171600
  11. Moayedi, H., Chen, Y.-C., Liu, C.-Y., & Weng, C.-I. (2024). Geometry optimization of a vortex tube for use as a throttling device in natural gas liquefaction process. Cryogenics. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2024.103366
  12. Meng, H., Zuo, S., Ren, W., & Li, Z. (2024). Multi-objective optimization design of triple-eccentric butterfly valve considering structural safety and sealing performance. Engineering Failure Analysis. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2024.107280
  13. Xie, B., Guo, S., Zhang, Q., Zhang, X., & Chen, H. (2025). Multi-objective optimization of Tesla valve channel battery cold plate. Results in Engineering, 100052. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.1006826
  14. Stryczek, S. (2017). Hydrostatic drive. Vol. 2: Systems (2nd ed.). Polish Scientific Publishers PWN (in Polish)
  15. Danielewska-Tułecka, A., Oprocha, P., & Kusiak, J. (2009). Optimization. Warsaw: Wydawnictwo Naukowe PWN. (in Polish)
  16. ANSYS Inc. (2017). ANSYS Fluent User's Guide (Version 18.2). ANSYS Inc.
  17. https://www.ponar-wadowice.pl/!uploads/attachments_prod/mg_wk496290_pl_11.2020.pdf
  18. Orlen Oil, „HYDROL L-HL”, Wersja 1 / 2023.07.17
  19. Blazek, J. (2005). Computational fluid dynamics: Principles and applications (2nd ed.). Elsevier
  20. Zalewski A., Grzesik W., Deja M., et al., CNC Machine Tools: Fundamentals of Operation and Programming, WNT, Warsaw 2024. (in Polish)