轴流风机是指流体流动方向为叶轮轴向的通风机,该类型风机具有通风量大、安装空间小方便灵活、运行效果良好等优点。在通风机当中,高速旋转的叶轮通常是影响通风机工作性能的关键,传统通风机叶轮多采用合金铸铁和高强度钢等密度较大的材料制作,给风机带来启动力矩大、功耗高和设备磨损严重等一系列问题。碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP）,具有轻质高强、耐疲劳、耐高温、耐腐蚀和良好阻尼特性等材料属性,将碳纤维复合材料应用于轴流叶轮能够大幅度地降低叶轮自重,提高叶轮耐疲劳特性和在高温、腐蚀性气体等恶劣工作环境下的使用寿命,并且由于CFRP材料良好的阻尼特性对于抑制叶轮叶片振动、降低叶轮噪声具有较为理想的效果。本文将碳纤维复合材料应用于轴流叶轮当中,采用CFD及其相关技术对轴流叶轮进行了气动设计和叶轮各部件铺层参数的设计与优化,并对CFRP轴流叶轮振动特性进行了分析。旨在运用CFD技术,寻求一种低成本、较高效率的CFRP轴流风机的设计、改进和分析方法,以缩短CFRP流体机械的设计周期,为CFRP轴流通风机的设计提供一定的参考价值。全文内容如下:通过CFD正交试验法分别研究了叶片翼型、叶片数量、相对径向间隙和轮毂比对轴流管道通风机流量、全压和效率的影响显著程度,并以风机全压为主要优化对象得出了叶轮的最佳气动外形。研究表明:叶轮轮毂比对轴流叶轮的流量性能影响最为显著,其次是叶片翼型,影响最小的是相对径向间隙;叶片翼型对于轴流叶轮全压性能和效率影响最大,其次是轮毂比;当所设计叶轮以设计转速工作时,全压与流量性能均略高于设计要求。本文将流固耦合分析方法和正交试验法结合,逐一研究分析了CFRP轴流叶轮各部件铺层参数（铺层厚度、铺层比例、铺层顺序）对叶轮刚度、强度的影响,得出叶轮铺层参数的最终设计方案,并采用相同铺层方案的CFRP板材替代CFRP叶片进行了极限拉伸实验,验证了最终方案的优良力学性能。研究结果表明:轮毂柱面厚度对于叶轮整体应力集中程度影响最大,但对叶轮整体刚度的影响较小;叶片部件当中±45°纤维层比例变化对叶轮整体体最大等效应力和刚度影响最为显著。在考虑气动载荷和重力的影响下,所设计叶轮在1500rpm转速下运行时,能够满足强度与刚度的要求。采用实验室现有的CFRP轴流叶片进行了敲击模态测试实验,验证了ANSYS模态分析平台对CFRP叶片模态分析计算的准确性和可靠性,并采用该方法对本文所设计叶轮进行了自由模态分析和预应力模态分析,掌握了叶轮在自由状态下和运行状态下的振动特性。