离心通风机在工业生产的各个领域具有广泛的应用,同时也是主要的耗能设备。随着社会的进步以及科技水平的提高,在实际应用中,对风机流量的需求增大,使得风机运行时偏离设计工况,效率极大下降,因此在大部分风机节能工程中,通常将原有风机叶轮更换为高比转速叶轮。虽然新开发的高比转速叶轮大幅度提高传统离心通风机的运行效率,但是由于叶轮与蜗壳匹配性不高,导致风机内仍存在较高的流动损失。同时高比转速叶轮旋转时会产生较大的轴向力,影响风机运行的稳定性,增加轴承损耗。因此,对高比转速离心通风机内部流动机理的深入研究是实现优化设计的关键。本文在4-73离心通风机更换高比转速叶轮的基础上,进行全通道非定常数值模拟,并进行试验验证。通过对高比转速离心通风机非定常流场及压力脉动信号的分析揭示了通风机内部流动损失机理,并采用调整蜗壳宽度,叶轮与蜗壳相对位置,蜗壳内增加导流板、叶轮后排侧开平衡孔及增设加强筋等方法对高比转速离心通风机进行优化。主要的研究内容和结论如下:(1)高比转速离心通风机的内部流动损失机理。通过对高比转速离心通风机不同流量工况流场及压力脉动信号的分析发现,损失主要存在于叶轮与蜗壳之中,其中叶轮损失主要存在于叶轮前盘位置处;蜗壳损失占通风机总流动损失的12.4%,主要分布在防涡圈,(2)蜗舌附近。气体在蜗壳内部形成两个相互作用的涡带,同时具有较强的非定常性。(2)提升高比转速叶轮与原有蜗壳的匹配度优化设计。针对高比转速离心通风机蜗壳损失大的特点,通过优化蜗壳宽度及叶轮中心位罝来减少蜗壳损失。研究结果表明,优化蜗壳宽度后,风机在全压和设计比转速不变的情况效率提高0.95%;优化叶轮中心位罝后,风机全压基本不变,效率提高2.21%,比转速提高10.6%,提高了叶轮和蜗壳在大流量工况的匹配性。风机效率的提高主要由于蜗壳内流动损失的降低,叶轮与蜗壳相对位置改变后,使蜗壳内副涡带 强度减小的同时降低了其与主涡带的相互作用强度,主、副涡带上的湍动能分布及低频压力脉动幅值明显降低。(3)为减小轴向力提高风机运行稳定性,研究了叶轮后盘分别开设平衡孔及加强筋对高比转速离心通风机性能的影响。研究结果表明,开设平衡孔较增设加强筋效果更优,,风机效率提高1.78%,轴向力减小1.9%。风机效率的提高主要由于蜗壳内流动损失减小1.68%。(4)由于风机内蜗壳损失较为严重,提出一种新型导流板设计方案。蜗壳内两个原本并列的漩涡受到导流板的作用呈交错分布,在最优参数下,风机在设计工况点处的效率提高1.57%,蜗壳损失减小1.53%。