节流孔板流道拓扑优化结构研究

摘要

圆孔型多级节流孔板因流道结构非紧凑，容易诱发旋涡、湍流等流动分离现象，流动能量损耗明显。针对三级节流孔板，结合流动拓扑优化方法与计算流体力学（CFD）技术，构建了高效低阻的流道拓扑构型。结果表明，在1 MPa压差条件下，优化后的结构流量由2.822×10^-3 m³/s提升至4.754×10^-3 m³/s有效降低了流动阻力，减小了流道体积，且优化结构具有显著的对称性特征。此外，分析了三级节流孔板拓扑优化结构随孔数增加的变化规律。流道构型由旋转对称演化为轴对称，针对高速射流的V型引导流道体积减小。弧形主通道从单一旋流模式转变为分流-汇合模式，有效抑制二次流动。研究成果为孔式节流元件的高效设计提供了参考。

关键词

节流孔板 / 流动拓扑优化 / 流动特性 / 计算流体力学