随着世界性能源危机日益加剧,环境污染日益严重,可再生能源的开发和利用将成为未来各国的大力发展对象。风能作为一种清洁可再生能源,虽然已有长久的发展,但势头依旧强劲。风力机经常工作在不稳定的大气环境中,变化的载荷和柔性结构会产生强烈的耦合作用,叶片和塔架不可避免的会产生变形与振动,可能会出现变形过大,振动失稳甚至疲劳破坏。而且现实的来流会受到大气边界层和塔架的作用,使得风力机的气动性能偏离原有的设计点,导致功率下降,载荷剧变等不利情况,对风力机正常安全运行产生影响。因此,采用流固耦合的方法对风力机整机在风切变条件下的气动性能,变形应力情况以及模态进行研究是十分具有现实意义的。本文以NREL5MW风力机为研究对象,计算了不同网格,不同风速下风力机的气动性能,并与文献中的设计值对比,验证了流场模型的正确性。又通过对比模拟出的自由模态和文献中的振型、振频,验证了结构建模的可行性。对风力机进行了额定风速下的单向流固耦合计算,结果表明随着叶片展向高度的增加,压力面和吸力面的压差逐渐增大,整个风力机变形明显,最高叶尖处位移最大。塔架中下段,叶片展向三分之二处均为应力集中区,应注意这些部分的材料强度问题。为了研究风切变和塔影效应对风力机工作的影响,使用UDF编写了入口的风切变边界条件,对均匀来流风轮模型,均匀来流整机模型,切变来流风轮模型,切变来流整机模型进行了对比研究。发现风切变会降低风力机平均推力和功率,分别为3.2%和2.8%,塔影效应会使风力机在一个旋转周期出现3次明显压力脉冲,激励振动。二者相互影响,使风力机平均功率更低,但风切变对塔影效应产生的压力脉冲在一定程度上有着缓解作用。风切变条件下风力机各部位由于变形产生的位移以及受到的最大应力均小于均匀来流,说明风切变不会增加风力机的载荷负担。又通过对静止无风、旋转无风、旋转均匀来流、旋转切变来流四种条件下风力机的模态分析发现,添加来流载荷后风力机振动频率较不添加载荷时要小,其中均匀来流减小程度较大,但都不明显。风轮的旋转会增大结构刚度,使得振频增大。以上4种模型的低阶模态振频均避开了共振区,故不会发生共振现象。