利用NUMECA 软件对一离心风机的孤立叶轮进行气动优化研究，将原始叶片的叶型中弧线进行优化，以提高叶轮的绝热效率。共进行了3 种不同方式的优化，采用单一变量法对不同优化方式的优化效果进行了比较分析。优化后，绝热效率都有不同程度的提高，有效地削弱了流动分离，减小了流动损失，流况得到不同程度的改善，表明以数值气动优化来提高叶片气动性能的方法是有效的。不同优化方式的优化效果不同，表明参数化方式以及优化工况点的选取对优化效果有重要影响。

1、前言

　　离心式风机作为风机中使用最广的类型，已广泛应用于经济建设的各个行业，是众多工业部门输送气体介质的核心机械和主要的能耗设备，故研究和改进离心式风机，提高其工作效率，对节约能源和有效配置都有着非常重要的意义。而叶轮是风机的核心气动部件，叶轮内部流动的好坏直接决定着整机的性能和效率。随着计算机技术和流体力学计算技术的迅速发展，利用计算流体动力学的数值计算方法进行模拟分析，已逐步成为了解流体机械内部流动状况的重要手段，实践表明，这种数值计算方法能够得出很准确的计算结果。并且利用数值优化方法对其分析，可得到最优组合，提高叶轮的性能。

　　基于以上认识，根据叶轮机械全三维流场数值计算技术，利用NUMECA 的Design3D 全三维叶轮机械气动优化设计平台，对一离心通风机叶片进行优化，改进其叶型中弧线，以提高其性能，并对不同优化方式的优化效果进行比较分析。

2、优化对象

　　研究的风机叶轮采用的是弧形等厚叶片，叶片为后向式结构，共12 个叶片。叶片前缘径向位置为170mm，叶片后缘径向位置为255mm。图1给出了风机叶轮的三维造型。

(a) 全叶轮(b) 隐藏前盘后的叶轮

图1 风机叶轮的三维造型

3、数值计算方法

　　数值计算采用了NUMECA/FINE 软件包的Euranus 求解器。采用Jameson 的有限体积差分格式并结合Spalart-Allmaras 湍流模型对相对坐标系下的三维雷诺时均Navier-Stokes 方程进行求解。S-A 湍流模型是一方程湍流模型，被认为是连接代数零方程Baldwin-Lomax 模型和两方程模型的桥梁，由于其具有较好的鲁棒性，并且能够处理复杂流动的能力，因此近年来应用很广泛，尤其是在航空航天领域。采用显式四阶Runge-Kutta 法时间推进以获得定常解，为提高计算效率，采用了多重网格法、局部时间步长和残差光顺等加速收敛措施。采用单通道计算，网格质量高，同时为避免计算误差，所有的流场计算都采用同一套网格模板。计算设置及边界条件如表1 所示。

表1 计算设置

6、结语

　　通过优化结果和流场的对比分析表明，各种优化方式优化后，叶片的气动性能在优化点处都得到了提高，流动损失减小了，流场状态得到改善，尤其是叶片顶部的流动分离得到有效控制。而优化后的全工况的性能却是各有所长、各有所短。不同参数化形式，优化后获得的结果不同。优化工况点的选取对优化结果( 尤其是全工况性能) 也有很大影响，若要获得更优的全工况性能，可进行多工况点优化。