由于燃烧化石燃料造成的环境污染威胁人类生产生活且化石燃料储量有限,风能作为一种清洁且可再生的新型能源逐渐被重视。随着高原地区大规模开发风力发电,特殊的气象条件使风力机运行面临的气动问题更加复杂。使用计算流体方法模拟风力机运行状况的经济性和便利性越来越被认可,准确的模拟能够弥补外场实验测量的不便之处,因此对计算结果的精确度也有了越来越高的要求。综合考虑计算时间、计算资源、计算精度等要求,选择RANS-LES混合模型中的IDDES（改进的延迟分离涡模拟）方法,参考青藏高原某风电场冬季大气边界层的近地表特征,对风电场3.3 MW大型水平轴风力机气动性能和尾流场进行预测,数值模拟结果与外场实验值作对比,验证湍流模型的适用性和准确性。主要内容包括如下:根据外场实验机组参数建立3.3 MW风力机全尺度几何模型,划分基于高精度的IDDES方法的风力机结构化网格。以额定风速10.5 m/s状态下的风力机推力数据和输出功率数据为参照与外场实验同等条件下实测数据对比做网格无关性验证和数值计算模型验证。结果表明,网格数目达到4800万以上,输出功率不再随着网格细化而发生大幅度改变,由此实现性网格无关性验证,此时推力计算值和输出功率计算值与外场实测值相对误差分别为3.8%和3.86%,由此验证数值计算模型的精确性。基于青藏高原外场实测数据,分析该地区冬季12月大气边界层的近地表特征发现,青藏高原风电场冬季近地表具有大气温度低、相对湿度低、气压低、密度小等特点。将典型参量与数值计算相结合,开展额定风速10.5 m/s的均匀湍流下风力机气动性能和尾流场的数值模拟。分析风力机在旋转周期内叶片处于两个典型方位角0°和180°时,风力机的叶片表面压力系数、截面翼型周围压力和流线、塔筒表面压力和流线、风力机承受的载荷等气动参数的分布规律,分析风力机后方尾流场内速度的空间分布、速度的时间分布、湍动能分布和湍流强度分布。结果表明,叶片转至0°方位角与转至180°方位角时的各项气动参数有很大差异。风轮承受气动载荷的周期性波动特征与方位角有关。流场内的速度受风力机旋转干扰导致在空间内和时间上都分布不均,监测得的速度值与该风力机的外场实验值变化趋势一致,且相对误差小于10%。尾流场内风力机后方随着距离变远湍动能的值逐渐减小,能量逐渐耗散。参考青藏高原风电场冬季12月大气边界层的近地表特征,分析叶尖速比的变化对该地区大型水平轴风力机气动性能和尾流场的影响。结果表明,随着叶尖速比减小,风力机输出功率逐渐增大,且计算值与实验值变化一致,最大的相对误差在6%左右。随着叶尖速比减小,风力机叶片压力面的压力增大,吸力面的压力减小,叶片上表面的失速点逐渐前移,加入失速状态的截面越多,翼型尾缘分离涡向后脱落的轨迹越明显;风轮旋转一圈过程内,叶尖速比的改变对气动载荷的主要周期性波动特征没有影响,随着叶尖速比减小,风力机承受的气动载荷波动增大。根据涡强度准则做的尾流场内瞬时三维旋涡结构的等值面图发现,叶尖生成的螺旋状旋涡结构在不同的叶尖速比下形态有所差别,具体表现为叶尖速比越大,螺线越宽,螺距越窄,叶尖涡能维持到距离风力机后方2.5D位置之后再分离破碎。课题研究有利于提高冬季青藏高原地区大型水平轴风力机的风能利用率和机组寿命,进而提高风电场的经济效益,同时为同类型高原地区风电场选址与风力机布局提供参考。