发动机中通过燃油燃烧产生的热量中只有30%左右被转化成机械能得到了有效利用,剩余热量中的50%左右需要通过冷却系统进行冷却。为达到冷却系统的散热要求,除低温环境工况与汽车高速行驶工况外,大多都需要冷却风扇工作以增加风量。冷却风扇在发动机冷却系统中发挥不可替代的作用,其设计与运行情况直接关系到整个冷却系统的散热效果。若冷却风扇因故障停止运行,会造成发动机内部的热量难以散发,可能导致严重后果。本文首先基于ANSYS CFD(computational fluid dynamics)软件和ANSYS CFX(Computational Fluid Dynamics X)软件在旋转机械流体分析领域的优越性,对结构网格与非结构网格的区别及适用条件进行了研究,为发动机冷却风扇流场的准确模拟提供了理论基础。详细设计了发动机冷却风扇气动性能试验的方案以及风洞布置,并以试验为依托,对冷却风扇进行简化并建立内、外流域的气动性能计算模型。阐述了冷却风扇稳态流场计算的网格划分方法及边界条件设置,最终将得出的稳态流场计算结果与气动性能试验结果进行对比,结果表明,两者误差不超过5%,为下文的流固耦合计算提供边界条件基础。基于实验结果和CFD流场仿真结果,建立冷却风扇结构分析模型,通过数值模拟分析了高温下流固耦合时的风扇结构强度及模态,得出风扇变形的最大位置出现在了叶片顶部尾缘处,风扇的工作频率为58.4Hz,叶片通过频率为467.2Hz。为提高风扇扇叶的轴向刚度,提出在风扇扇叶轮毂盘的中间增加铝合金嵌件的设计结构,并对优化前后的冷却风扇模型增加高温环境下的流固耦合分析,将优化前和优化后的风扇的结构分析结果进行对比和分析,优化后风扇扇叶的轴向变形量降低,降低扇叶运行时的抖动值,提升风扇总成的可靠性设计质量。扇叶中增加的嵌件对风扇总成的自由模态分析结果影响很小:各阶频率相近,振型相似;对考虑流固耦合作用的预应力模态影响也较小:各阶频率相近,振型相似。