矿山通风机械中,弯掠组合叶片轴流通风机以其效率高、噪声低、性能可靠的特点逐步成为矿井主要通风设备。弯掠组合叶片作为轴流通风机的核心零件,对整机性能有着决定性的影响。本文以矿用轴流通风机弯掠组合叶片为研究对象,综合运用逆向工程技术、测量技术、数据处理技术、计算流体力学(CFD)和三维流场分析等方法,研究矿用轴流通风机弯掠组合叶片优化设计方法。本文主要研究工作如下。(1)研究了矿用轴流通风机三维几何模型反求策略,实现了对复杂曲面高精度的反求。首先,根据通风机叶片设计特点规划测量路径,应用三坐标测量机(CMM)对矿用轴流通风机叶片表面曲面进行测量,提取通风机叶片表面曲面的三维点云数据。然后,在反求软件UG中,最小二乘拟合曲线检查法对所提取的点云数据进行异常点的剔除,弦高—夹角综合法进行点云数据的精简。最后,采用非均匀有理B样条(NURBS)对各截面数据点进行曲线拟合,并使用通过曲线组生成曲面的方法重构了矿用轴流通风机叶片的三维几何模型。(2)研究了应用计算流体力学软件FLUENT在不同叶片数及轴向间隙下对通风机气动性能进行三维流场模拟,分析不同叶片数及轴向间隙对通风机气动性能的影响。结果表明随着通风机前后两级叶轮叶片数的增加,通风机的全压会相应地增大,效率会先提高后降低,即存在一个前后两级叶轮叶片数的最佳组合,此时通风机的气动性能最佳。在前后两级叶轮最佳叶片数组合下,两级叶轮轴向间隙的增大会增加通风机流道内气流的摩擦损失,从而降低通风机的全压和效率;减小两级叶轮的轴向间隙可提高通风机的全压和效率,但叶片的振动和通风机的噪声会有所增大。(3)研究了应用响应面法(RSM)和三维流场分析对矿用对旋式轴流通风机前后两级叶片弯掠参数进行了优化设计。首先定义了矿用对旋式轴流通风机前后两级叶片弯掠参数,然后以矿用对旋式轴流通风机前后两级叶片的弯、掠角为设计变量,以通风机全压效率最大化为优化目标,建立前后两级叶片的弯、掠角与通风机全压效率的响应面模型,最后对各参数进行优化设计。