我国幅员辽阔而风力资源分布范围较为广泛,近年来由于极端天气的不断增加,部分地区冬季的气温骤降后,由于潮湿和低温的作用,很多风力机逐渐面临着结冰的影响。结冰后对于风力机会导致功率损失,同时也会导致风力机在运行中面临叶片、机舱和测量仪器等结冰的安全问题。大量研究表明结冰可以导致功率损失0.5%-50%不等,叶片质量分布不平衡和叶片震动幅度大幅增加,以及风力风速测量仪器等误差增加会导致不必要的误操作使得风力机偏离最优工况等,结冰对于风力机的影响已经引起许多国内外学者的关注,在实验、风场监测以及数值模拟等方面开展了研究。大多通过数值模拟方法的研究中主要依靠一些结冰软件,如LEWICE、TURBICE等,本文通过将实验室获得的结冰结果应用到工程应用中,将其对翼型及风力机叶片产生的气动性能影响进行相关分析和研究。1.从基本的结冰机理入手,分析结冰在风力机叶片上的分布特点。首先针对叶片不同区域的翼型情况分析其结冰特征,针对结冰的影响因素对于翼型和叶片结冰量的影响做了相关分析,并简要分析了影响结冰形成的一些典型几何参数、气象条件和来流情况等因素对结冰的影响机理。2.研究结冰条件对于S809翼型结冰后的气动性能影响规律。本文分别针对环境温度、液态水含量和来流攻角不同的6种结冰工况下的翼型进行了数值模拟计算,计算雷诺数为1.0×106,计算攻角范围-2。-20。之间,同时对同样条件下LEWICE软件模拟得出的结冰翼型和实验得出的结冰翼型进行了数值模拟计算。对翼型结冰前后各项气动参数的对比研究发现,实验结冰翼型与软件模拟的结冰翼型的压力分布和升阻比等有较大差异,而对于生成霜冰的翼型而言,环境温度相对更低、液态水含量相对越高和来流攻角相对越小时,结冰对于翼型的气动性能影响更显著。3.研究结冰后风力机叶片的气动性能变化规律和机理。本文针对NREL Phase VI实验风轮在风速3m/s～17m/s之间,转速72r/mmin,结冰前后其气动参数以及气动载荷分布等变化规律和机理进行了对比研究。通过对其输出转矩以及叶根弯矩等的分析指出结冰使得叶片周围流动分离提前,并大幅度扩大了流动分离涡的影响区域,导致最高51%的功率损失,同时风力机提前失速和提高了启动风速等。通过对叶片的气动载荷分布进行研究分析,指出失速型风力机结冰后在较高风速下,叶根挥舞弯矩会急剧增加,可能导致叶片损坏等,而变速变桨型风力机由于测量误差可能导致错误的变桨动作等,从而导致叶片受损,另一方面也表明叶片结冰后其叶展90%以外的区域影响更显著,设计高寒地区叶片和防冰除冰系统时要重点关注叶片该区域。