科学技术的快速发展,拓展了轴流式风机的应用领域,但其所面对的问题更加多元化,对其性能的要求更高。由于风机的工作转速较高,内部流动复杂,设计上的缺陷容易导致风机的效率低下和噪声偏高,研究其内部通流部件的优化设计有助于改善风机的性能。本文通过建立风机的多目标优化数学模型,获得叶轮和后导流器等通流部件的基本设计参数,在此基础上研究了后导流器叶型参数变化对风机性能的影响,得到后导流器较优的叶型参数,实现了动静叶轮参数的良好匹配,有效提高了风机的全压效率,降低了功率和噪声。本文的主要研究内容和成果如下。根据风机各部分的损失,建立以风机的全压效率和声压级为分目标函数的优化模型,确定适合设计变量及其它参数的约束条件,应用ISIGHT的多岛遗传算法,联合Matlab优化计算目标函数,优化后风机的理论性能得到改善,理论计算表明气动损失主要是由叶轮和后导流器引起的。根据优化后的基本设计参数,运用SolidWorks软件对后导流器进行初始设计,完成叶轮等部件的几何建模。研究轴向间隙对风机性能的影响并确定合理的取值,从叶片弦长、叶根安装角、叶片扭转角等方面设计后导流器翼型叶片,通过CFD分析得到优化拉丁方试验设计下的后流器叶型最佳参数组合。对比初始设计的后导流器,使用新设计的后导流器,改善了风机的性能,证明后导流器翼型叶片的设计是有效的。相对于原风机,新设计风机的全压效率提高了14%,轴功率降低了12W。风机内部流场特性的分析表明流动性良好,进一步证明了风机的优化设计是正确的。基于FLUENT的噪声模型预测了风机的声功率与声压级。原风机的模拟结果十分接近试验结果,证明噪声仿真方法是正确的。声功率的分析结果表明叶轮、静导叶前缘区域及旋转区域处的机壳是主要的噪声来源。在设计转速18480rpm下新设计风机的最大噪声值为84.3dB,在原转速18901rpm下的最大噪声值为85.8 dB,均低于原设计风机的噪声,证明各通流部件的设计有利于降低风机噪声。在ANSYS Workbench平台上基于单向流固耦合研究了风机叶轮的强度和动态特性。不同工况下的分析结果表明叶轮的结构应力和变形均小于许用值,其强度和刚度满足工作要求；在许用应力的范围内最高工作转速不应超过21480rpm。通过建立叶轮Campbell图分析了叶轮动态特性,在设计转速下叶轮运行稳定。