由于風(fēng)機(jī)動(dòng)葉片是扭曲葉片，網(wǎng)格單元選用帶含有10 個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的四面體實(shí)體單元Solid187。分別采用20 萬、30 萬、55 萬和60 萬網(wǎng)格計(jì)算后，選擇設(shè)定單元大小15 mm，生成網(wǎng)格單元數(shù)量為30萬、節(jié)點(diǎn)數(shù)量45 萬，在計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度上最為合適。對(duì)葉片葉根部位施加固定約束，葉片整體施加離心力慣性載荷，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片表面施加氣動(dòng)壓力載荷，其中氣動(dòng)壓力載荷是流體計(jì)算得到的壓力數(shù)據(jù)，采用流固弱耦合的方式加載到葉片表面，，在模擬風(fēng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)，模擬所得全壓、效率與試驗(yàn)樣本值的平均偏差分別為4. 2%、1. 8%，特別是在設(shè)計(jì)流量下為3. 4%和2. 2%，由此可確保數(shù)值模擬的真實(shí)可靠性，模擬結(jié)果可反映該風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況，并且可以用于進(jìn)一步固體域的流固耦合模擬計(jì)算。對(duì)該引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)烈度超標(biāo)的振動(dòng)現(xiàn)象如下：在風(fēng)機(jī)軸承座和機(jī)殼振動(dòng)烈度中，振動(dòng)主要以多倍頻成分為主，且基頻份額占30%左右。

風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉數(shù)目改變后整體上不影響風(fēng)機(jī)性能的變化趨勢(shì)，全壓隨流量增大而減小，效率呈現(xiàn)先增后減的變化。q v表示風(fēng)機(jī)體積流量，導(dǎo)葉數(shù)目減少時(shí)，在qv ＜ 90 m3 /s 時(shí)全壓均得到提高，在高于此流量時(shí)僅方案二全壓低于原風(fēng)機(jī)，其中在導(dǎo)葉數(shù)目減少后，流量越小提升作用越明顯，方案三在qv = 80 m3 /s時(shí)，全壓提升效果最明顯，提升數(shù)值為141 Pa。風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉數(shù)目增加時(shí)，在qv ＜ 85 m3 /s 時(shí)，方案四至六全壓得到有效提升，而qv ＞ 85 m3 /s 時(shí)，僅有方案四全壓得到提升。軸承溫度是衡量風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的一個(gè)指標(biāo)，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)使用的軸承是進(jìn)口的，如FAG或SKF。

通過對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和S2設(shè)計(jì)參數(shù)的多次迭代，得到了一個(gè)接近設(shè)計(jì)要求的初步三維設(shè)計(jì)方案。從表2可以看出，初步設(shè)計(jì)方案的氣動(dòng)參數(shù)與一維設(shè)計(jì)結(jié)果吻合較好。風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中一維參數(shù)的設(shè)計(jì)精度足以支持設(shè)計(jì)工作的進(jìn)一步發(fā)展。表2顯示了一維設(shè)計(jì)結(jié)果和初步設(shè)計(jì)的平均質(zhì)量參數(shù)。由表2可以看出，單級(jí)風(fēng)機(jī)平均半徑處的負(fù)荷系數(shù)約為1.0，甚至高于普通航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的負(fù)荷系數(shù)。同時(shí)，單級(jí)風(fēng)機(jī)的反應(yīng)性略大于0.5，平均負(fù)荷分布在靜、動(dòng)葉片上，使風(fēng)機(jī)葉片展開中部的彎曲角度達(dá)到40度以上，擴(kuò)壓系數(shù)達(dá)到0.5以上。從出版的文獻(xiàn)中不難找到。考慮到軸流風(fēng)機(jī)制造成本的限制，擴(kuò)壓系數(shù)接近0.6，基本達(dá)到了無主動(dòng)流量控制技術(shù)的亞音速軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)極限。然而，在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果與設(shè)計(jì)目標(biāo)的壓力比與效率之間仍存在一定的差距，需要進(jìn)一步的詳細(xì)設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)。由于本文設(shè)計(jì)的單級(jí)風(fēng)機(jī)的負(fù)荷比設(shè)計(jì)中采用的經(jīng)驗(yàn)公式高，因此有必要對(duì)每排葉片的稠度和展弦比進(jìn)行調(diào)整。初步設(shè)計(jì)方案如圖所示。6和7，以及表3所示的氣動(dòng)性能，其中載荷系數(shù)由葉尖的切線速度定義。風(fēng)機(jī)噪聲單頻的噪聲較大值存在于低頻階段，且噪聲在2500Hz以后噪聲頻譜沒有明顯波動(dòng)。

與均勻間隙相比，風(fēng)機(jī)在平均葉頂間隙不變的前提下，1~3級(jí)間隙方案下的風(fēng)機(jī)總壓力和效率均高于均勻間隙方案下的風(fēng)機(jī)總壓力和效率；前導(dǎo)間隙越大，尾隨間隙越小，性能越明顯。改進(jìn)是，但隨著風(fēng)機(jī)間隙的逐漸收縮，風(fēng)機(jī)的性能改善逐漸減??；400Hz的噪聲在大氣相對(duì)濕度為50%，溫度為293K情況下，5km的傳播范圍衰減3dB。在設(shè)計(jì)流量下，方案2和方案3下的總壓力分別增加20。對(duì)于PA和22PA，風(fēng)機(jī)效率分別提高0.69%和0.70%，特別是在小流量情況下。方案2和方案3的效率分別提高1.16%和1.20%。同時(shí)，方案1-3對(duì)應(yīng)的高效區(qū)（>81%）變寬，根據(jù)總壓的趨勢(shì)，喘振裕度增大，穩(wěn)定工作范圍提高。但4-6級(jí)進(jìn)風(fēng)機(jī)的總壓和效率均低于均勻間隙，隨著間隙的增大，風(fēng)機(jī)的性能下降更大。方案6的總壓力和效率分別降低了15pa和0.14%。模擬結(jié)果與參考文獻(xiàn)中給出的結(jié)果一致。以上分析表明，在相同流量范圍的前提下，錐形間隙的高效區(qū)變寬，相應(yīng)的流量范圍增大，風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)增大，設(shè)計(jì)流量和左效率明顯提高，措施簡(jiǎn)單，易于實(shí)施?？紤]到風(fēng)機(jī)選型中參數(shù)裕度過大，導(dǎo)致軸流風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)流量的左側(cè)運(yùn)行，可以將變細(xì)的間隙形狀作為提高風(fēng)機(jī)性能的手段。為了分析不同葉尖間隙形狀下風(fēng)機(jī)性能變化的內(nèi)在機(jī)理，進(jìn)行了內(nèi)部流動(dòng)特性和葉輪能力分析。