前言：风机有多种基本形式，其中离心风机是应用范围最广、使用最为频繁的风机类型之一，能够在各行业中充分发挥作用，对气体介质进行有效输送。因此，深入探究离心风机的优化方式，对现有离心风机进行优化，能够进一步提高风机的利用效率。对于风机而言，叶片是最主要的做功部件，对风机性能及工作效率有着直接影响，因此设计对离心风机叶片的优化是设计人员的工作重点，有助于有效提升性能，充分发挥风机的作用。
一、优化对象
本文研究的风机叶轮叶片为弧形厚叶片，后向式结构，12个叶片，叶片前缘径向位置为600mm，后缘径向位置则为1000mm，三维模型见下图1.
图1 叶轮三维模型
二、计算方法
本文利用NUMECA软件进行计算，NUMECA是全球领先的CAE软件, 随着数值求解技术在工业领域的飞速发展，NUMECA的普及率越来越高，已经成为计算流体力学领域最优秀的软件之一。
使用Spalart-Allmaras模型方程，S—A湍流模型直接根据经验和量纲分析，从简单流动开始，直到得到最终的控制方程。它相对于两方程模型计算量小和稳定性好，计算网格到壁面的加密程度可以与零方城模型有同等的量级。[1]。为了进一步提升计算的效率，还利用了多重网格法以及残差光顺等措施，对计算效率进行了优化。选择网格模板时，选择采用相同网格模板以避免可能出现的计算误差。计算设置及边界条件见下表1.
表1 计算设置及边界条件
三、优化方法设计
叶片的中弧线是叶片气动性能的重要表达，对叶型中弧线进行优化，可以进一步提升叶轮的性能。为形成对比本次优化设计以设计固定流量参数为基础，对比优化前后的全压和效率变化。具体优化方式及控制工况点下见表2.
表2 优化方式及工况点
四、结果及讨论分析
（一）叶轮叶片形状
在优化方法的帮助下，叶型得到了三种优化结果，可见下图2.
图2 优化前后叶型变化
由上图2可清楚的看出叶型优化前后的变化，方式1、方式2和方式3的优化结果使得叶型的弯曲逐渐变得更加明显，其中方式3的叶型差异最最大。
（二）优化前后工况点性能对比
将各叶型按表2中的边界参数进行numeca计算后，得到如下的性能参数对比：
表3 优化前后性能参数对比
从表中可以看出，经过优化后，绝热效率出现了明显变化，优化方式1提升1.46%，优化方式2则提升2.31%。优化方式3绝热效率提升了2.72%。根据表中数据，可以看出不同优化都能够有效提升绝热效率，都可以达到优化的目的。
（三）流场对比分析
首先对1号优化方式进行分析。相比于优化前，优化后的叶片分离区域面积偏小，且未分离区域速度分布都相对更匀称，导致流动损失出现减小的情况。
随后对2号优化方式进行分析，相比于优化前，叶片通道出现变窄同时也变长的情况，总压分布更加均匀，有利于阻力损失的降低 [3]。同时吸力面的附面层厚度没有出现明显变化，也没有出现分离的情况。
最后对3号优化方式进行分析。相比于优化前，优化后的叶片的分离区域面积有明显缩小，而非分离区域相对速度值有所上涨，同时，叶片根部流动出现了分离的情况，并产生了局部性的低速区域，导致的全压的降低。
经过分析后，可以发现不同的优化方式会对叶片通道内部流场进行改善，并有效降低流动损失，能够达成优化的目的。
五、结论
通过三种优化方式，可以发现不同优化方式会对叶片气动性能会造成直接影响，可以有效提升气动性能，降低流动损失，进而改善流场状态，有效控制流动分离。由于选择的参数化形式有所不同，导致不同优化方式优化后，结果也有所差异，会对结果造成直接影响，因此研究人员对叶轮叶片进行优化时应当根据实际情况选择工况点，再采用合适的方式进行优化。
参考文献：
[1]王枭,常超,王弼,孙丽娟,陈启明,胡四兵.叶片尾缘形状对离心风机气动性能影响的研究[J].风机技术,2022,64(S1):1-4.
[2]范杜平,曹晓平.不同叶片型式对大型双吸双支撑离心风机性能影响的数值研究[J].机械管理开发,2021,36(10):56-58.
[3]赵征,李彬,李小辉,陈红,蔡姗姗.叶片数对高比转速离心风机气动性能和噪声影响的分析[J].流体机械,2020,48(11):48-52+57.
