离心叶轮机械广泛应用于国民经济各部门,是工业生产中主要的耗能设备之一,其中离心鼓风机广泛应用于污水处理、冶炼高炉、洗煤厂、矿山浮选、化工造气、真空等领域,而离心叶轮的气动效率是其研究重点之一。针对离心鼓风机的三维叶片优化设计,本文尝试了采用通过控制叶轮流道内的相对速度分布的三维叶片优化设计方法,在满足离心鼓风机的流量、压力等基本要求下,得到流动损失小,流动效率高的离心鼓风机三维叶片。本文提出的基于控制速度分布的离心鼓风机三维叶片优化设计方法其核心思想就是从造成离心叶轮内流动损失的根源出发,通过控制流道内沿流线方向的相对速度分布,控制叶轮流道内的边界层增长与分离、二次流、分层效应等流动效应,从而减少叶轮内的流动损失,提高流动效率,完成优化设计目的。本文在总结了前人关于离心叶轮内部流动研究成果的基础上,提炼了平均相对速度的最大减速比、最大减速比发生位置,吸力面上相对速度的最大载荷系数、最大载荷位置为控制参数,并分别构建了平均相对速度分布模型和吸力面上相对速度分布模型,根据速度模型可以直接确定出流道内沿流线方向分布的相对速度分布,而流道内的速度分布对叶轮内的流动效应有决定性的影响,同时该速度分布又可以唯一确定叶片的三维型面参数,在此基础上采用流线曲率法完成三维叶片的成型设计计算。在优化判据方面,本文应用了考虑旋转和曲率效应(包括了对边界层基本方程和湍流结构的影响)的边界层计算方法,根据不同的相对速度分布(特别是吸力面上的相对速度分布)计算得到的边界层发展状况作为优化判据。根据已建立的叶片优化设计方法,编写了基于Matlab平台的优化设计程序,并通过程序调试,基于该程序设计了一种离心鼓风机的三维优化叶片,通过CFD数值模拟分析以及选取未优化和优化后两组叶片流道流动对比分析,表明了本文建立的离心鼓风机三维叶片优化设计方法能够通过控制速度分布,抑制叶轮流道内的流动效应,减少流动损失,提高叶片流动效率,从而实现优化设计的目的。