利用NUMECA 軟件對一離心風機的孤立葉輪進行氣動優化研究，將原始葉片的葉型中弧線進行優化，以提高葉輪的絕熱效率。共進行了3 種不同方式的優化，采用單一變量法對不同優化方式的優化效果進行了比較分析。優化后，絕熱效率都有不同程度的提高，有效地削弱了流動分離，減小了流動損失，流況得到不同程度的改善，表明以數值氣動優化來提高葉片氣動性能的方法是有效的。不同優化方式的優化效果不同，表明參數化方式以及優化工況點的選取對優化效果有重要影響。

1、前言

　　離心式風機作為風機中使用最廣的類型，已廣泛應用于經濟建設的各個行業，是眾多工業部門輸送氣體介質的核心機械和主要的能耗設備，故研究和改進離心式風機，提高其工作效率，對節約能源和有效配置都有著非常重要的意義。而葉輪是風機的核心氣動部件，葉輪內部流動的好壞直接決定著整機的性能和效率。隨著計算機技術和流體力學計算技術的迅速發展，利用計算流體動力學的數值計算方法進行模擬分析，已逐步成為了解流體機械內部流動狀況的重要手段，實踐表明，這種數值計算方法能夠得出很準確的計算結果。并且利用數值優化方法對其分析，可得到最優組合，提高葉輪的性能。

　　基于以上認識，根據葉輪機械全三維流場數值計算技術，利用NUMECA 的Design3D 全三維葉輪機械氣動優化設計平臺，對一離心通風機葉片進行優化，改進其葉型中弧線，以提高其性能，并對不同優化方式的優化效果進行比較分析。

2、優化對象

　　研究的風機葉輪采用的是弧形等厚葉片，葉片為后向式結構，共12 個葉片。葉片前緣徑向位置為170mm，葉片后緣徑向位置為255mm。圖1給出了風機葉輪的三維造型。

(a) 全葉輪(b) 隱藏前盤后的葉輪

圖1 風機葉輪的三維造型

3、數值計算方法

　　數值計算采用了NUMECA/FINE 軟件包的Euranus 求解器。采用Jameson 的有限體積差分格式并結合Spalart-Allmaras 湍流模型對相對坐標系下的三維雷諾時均Navier-Stokes 方程進行求解。S-A 湍流模型是一方程湍流模型，被認為是連接代數零方程Baldwin-Lomax 模型和兩方程模型的橋梁，由于其具有較好的魯棒性，并且能夠處理復雜流動的能力，因此近年來應用很廣泛，尤其是在航空航天領域。采用顯式四階Runge-Kutta 法時間推進以獲得定常解，為提高計算效率，采用了多重網格法、局部時間步長和殘差光順等加速收斂措施。采用單通道計算，網格質量高，同時為避免計算誤差，所有的流場計算都采用同一套網格模板。計算設置及邊界條件如表1 所示。

表1 計算設置

6、結語

　　通過優化結果和流場的對比分析表明，各種優化方式優化后，葉片的氣動性能在優化點處都得到了提高，流動損失減小了，流場狀態得到改善，尤其是葉片頂部的流動分離得到有效控制。而優化后的全工況的性能卻是各有所長、各有所短。不同參數化形式，優化后獲得的結果不同。優化工況點的選取對優化結果( 尤其是全工況性能) 也有很大影響，若要獲得更優的全工況性能，可進行多工況點優化。