随着工业技术的发展,通风机的应用范围不断扩大,对其流场特性以及稳定性的要求也逐渐提高。叶轮是风机的核心部件,直接影响到风机的整体性能。考虑到叶轮的传统设计过程较为复杂,实验耗时长,成本高,本文介绍了一种几何设计方法,并且利用数值模拟方法分析内部流场和结构强度。由于叶轮在加工时一般采用球头铣刀,加工后的轮毂面会产生残留高度,因此,研究残留高度对流场的影响,在效率和精度之间寻找一个平衡点,具有极其重要的意义。首先介绍了叶轮的基本知识以及叶片设计、造型的数学原理,给出了叶轮叶片的一种几何设计方法。研究了贝塞尔曲线的特点以及在叶轮子午面设计过程中的应用,同时介绍了B样条曲线并将其应用于叶片角以及叶片厚度的构造过程,基于MATLAB环境完成整体叶轮的造型显示。其次介绍了计算流体动力学的数值模拟方法。利用UG软件完成通风机各个流域如叶轮流域、蜗壳流域的造型过程,采用ICEM软件进行网格划分,利用FLUENT软件对整个风机进行数值模拟,得到不同轴截面的流场分布以及整机迹线图。然后讨论了有限元分析方法以及主要计算步骤,并对APDL技术进行了简单介绍。在UG中建立叶轮的三维模型并导入ANSYS软件中,施加离心力进行强度分析,得到叶轮在离心力作用下的应力和应变分布。利用APDL技术将流场分析得到的叶片表面气动载荷施加到叶轮结构上,对叶轮进行流固耦合分析,并对施加气动载荷和未施加气动载荷两种情况进行分析对比。最后介绍了轮毂表面几何残留高度的形成原理以及数学描述,讨论了周期边界条件的运用,建立了带有不同残留高度的流道模型,采用CFD方法,模拟了带有几何残留高度叶轮流道的流场,得到了不同残留高度轮毂面的压力分布,并分析了残留高度对轮毂偏置面流场的影响。