轴流风机广泛应用于电力、采矿、石油、纺织等领域,随着轴流风机的应用愈发广泛,针对轴流风机翼型以及叶片气动外形改造成为改善轴流风机性能的一大重要手段。本文基于已有的低压轴流风机设计方法,通过分析原叶片的做功情况提出了等-变环量设计方法,同时采用前掠改型与叶顶选型的方式对所得叶片做进一步优化,并通过数值模拟与实验的方法对设计所得叶片进行性能及流场分析。首先对传统扭叶片进行分析,通过横向对比等-变环量设计、等环量设计、变环量设计所得叶片的性能及流场信息,在压力速度场、轴向速度、叶片载荷方面对等-变环量设计的优势进行了分析,结果表明:等-变环量设计可以稳定提高叶片的全压,全压提升范围为20-40Pa,其效率与其他设计方法基本相同且叶片吸力面高负压区域面积大,吸力面气流速度大,吸入性能好,出口轴向速度大于其它两种叶片,平均提升可达4%,高负荷区面积较大,具备更强的做功能力。其次对设计所得叶片前掠改型,通过改变叶片的前掠高度及前掠角度分析叶片的气动性能,对比其外特性参数发现:自60%相对叶高开始前掠20°可以得到气动性能最佳的前掠叶片。通过分析流道内压力速度场、轴向速度分布、叶片顶部流线及负荷表明同样进行前掠改型的基础上,等-变环量设计所得前掠叶片具有更优秀的气动性能,计算流量范围内等-变环量设计叶片全压平均提升2.6%,在设计工况下采用等-变环量设计可使流量提升3.34%,全压提升6.35%。在小流量工况下,前掠改型效果明显,前掠叶片叶顶部分无分离流动且具有更均匀的载荷分布,叶顶做功能力强。最后针对等-变环量前掠叶片探讨叶顶间隙对其的影响,主要分析了间隙流场、泄漏情况、分离状态及间隙附近二次流,研究了叶顶间隙对性能影响的内在机理。研究表明:随着叶顶间隙的增加,泄漏面积增加会导致叶轮机械效率降低。在相同泄漏面积工况下,变叶顶间隙工作效率优于等叶顶间隙,其中渐缩型叶顶间隙效率最高,渐扩型叶顶间隙效率与等叶顶间隙效率相近。