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，本文设计了一台烘干房循环风机，其压力比为1.20，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，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。由于烘干房循环风机叶片的吸入面和压力面之间的压差较大，位于压力侧的流体通过叶尖间隙流向吸入面，导致叶尖间隙中的泄漏流。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、烘干房循环风机三维叶型技术，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，优化了烘干房循环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。

本文列举了烘干房循环风机静音扇叶，说明了S1流面优化设计在风机详细设计过程中的作用。根系顶部三个横截面的流入条件不同，如表3所示。根部设计点的进口气流角较大，烘干房循环风机工作范围不同于其它两段。由于转子叶片泄漏流的影响，顶部马赫数较小，工作范围较大。采用多岛遗传算法进行优化，种群44，孤岛7，代数7。三个截面共优化了22个叶片型线参数，包括较大厚度位置、安装角度、中弧控制点、吸入面控制点等。为了分析不同叶尖间隙形状下风机性能变化的内在机理，进行了内部流动特性和叶轮能力分析。当优化后的叶片型线三维叠加时，烘干房循环风机叶片上半部分略微向后弯曲，可能导致优化后的定子叶片损失增加。将优化后的静叶***到级环境中，得到了三维数值模拟结果。在设计点流量下，静叶吸力面边界层变薄，堵塞面积减小。计算了级间环境下两叶型风机特性线和两定子叶片变攻角特性线。从图17可以看出，定子叶片损失减小，裕度增大，这与不同截面的S1流面性能分析结果相似。但由于烘干房循环风机气流角的匹配问题，级效率没有明显提高，之间失速裕度由27.1%提高到34.9%。针对叶片高度方向的不均匀进口流动情况，在详细设计中采用了端部弯曲技术来匹配定、转子叶片之间的流动角。

以烘干房循环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，烘干房循环风机叶顶间隙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。其它区域的网格划分为动叶区域网格作为参考，采用结构化/非结构化混合网格。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，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。烘干房循环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。