为了探索大负荷大流量风机的关键气动设计技术和内部流动机理，本文设计了一台风机，其压力比为1.20，耐高温轴流排风机，负荷系数为0.83。详细研究了流量系数、反力等设计参数的影响规律，烘箱循环风机，给出了相应的选择原则。分析了叶片负荷调节、叶片弯曲和叶片端部弯曲对叶栅流动、级匹配和级性能的影响，给出了高负荷轴流风机三维叶片设计的基本原则。同时，开发了S1流面协同优化方法，取得了较好的效果。降低了定子损耗，增大了风机裕度。高压风机的设计通常采用离心风机，但离心风机存在迎风面积大、流量小、效率低等缺点。针对大流量、高压力比、率的设计要求，如何完成单级轴流设计成为研究的***。长期以来，轴流风机的设计方法得到了发展。从孤立叶型法、叶栅法、降功率法到目前广泛采用的准三维、全三维气动设计方法，甚至到S1流面叶型优化[6]、三维叶型优化、风机三维叶型技术，已经有了大量的研究工作。用于提高设计方法的准确性和快速性。以率、高负荷为设计目标，通过合理选择总体参数，优化了风机流面叶片的初步设计和三维叠加，实现了轴流风机的气动设计。

以风机带后导叶的可调轴流风机模型为研究对象，如图1所示。风扇由集热器、活动叶片、后导叶和扩散器组成。风机转子叶片采用翼型结构，动叶14片，导叶15片，叶轮直径d为1500mm，烘干机配套风机，风机叶顶间隙delta为4.5mm，风机工作转速为1200r/min，轮毂比为0.6，设计工况安装角为32度，相应设计流量和总压为37.14m3_S-1和2348pa，结构简图给出了叶顶间隙均匀和不均匀的方程，其中前缘间隙和后缘间隙分别为1和2。leand te表示叶片的前缘和后缘。为了保证前缘与后缘的平均间隙为4.5mm，选取六种非均匀间隙进行分析。现代轴流风机的相对径向间隙为0.8%~1.5%[18]，改变后风机叶尖间隙的较小相对径向间隙为1%，满足正常运行的要求，如表1所示。其中方案1~3为渐变收缩型，风机，方案4~6为渐变膨胀型。控制方程包括三维稳态雷诺时均N-S方程和可实现的K-E湍流模型。可实现的K-E模型可以有效地解决旋转运动、边界层流动分离、强逆压梯度、二次流和回流等问题。风机采用分离隐式方法计算，壁面采用防滑边界条件，压力-速度耦合采用简单算法。采用二阶逆风法离散了与空间有关的对流项、扩散项和湍流粘性系数，忽略了重力和壁面粗糙度的影响。

从风机的一般参数出发，通过一维径向参数和子午向径向参数的设计，得到了初步设计方案的性能预测和几何参数。初步方案利用现有的标准叶片型线对三维叶片进行几何建模，通过求解三维稳定流场对初步设计方案进行验证。一维参数设计主要是求解平均半径气动参数的控制方程。采用逐级叠加法对多级压缩系统进行了气动计算。同时调整了风机相应的攻角、滞后角和损失模型。后，得到了平均半径和子午线流型下的基本气动参数。计算中使用的损失和气流角模型需要大量的叶栅试验作为支撑。现有的实验改进模型包括经典亚音速叶片型线NACA65、***和BC10，基本满足了风机的初步设计要求。为了准确、快速地得到初步设计方案，将现有的经典叶片型线直接用于一维设计和初步设计。当设计负荷超过原模型时，采用MISES方法对S1流面进口断面进行分析，得到初始滞后角，如本文对高负荷风机的设计。在S2流面设计中，风机采用流线曲率法对S2流面进行了流量计算。为了简化计算过程，将计算假设为无粘性和恒定绝热，忽略了实际涡轮机械中的三维、非定常和粘性流动特性，引入了叶排损失来表示叶栅中流体粘度的影响。通过三维流场的数值分析，修正了求解S2流面过程中的损失，并通过迭代得到了初步设计方案。

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