风力机是自然界将风能转化为机械能或电能的装置。气动性能计算是风力机设计和校核中的重要环节,气动性能计算的准确性,直接影响叶片的气动特性和结构安全,从而影响风力机的运行效率和运行寿命。本文在国家重点基础研究发展(973)计划资助下开展研究,工作主要分为以下三部分。第一部分,开展二维翼型气动性能的数值研究。首先研究了不同参数包括计算区域、网格疏密程度、紊流模型以及网格正交性对于二维翼型气动性能数值计算精度的影响,得到了高精度二维翼型气动性能的计算方法。在此基础上,开展雷诺数对于二维翼型气动性能数值影响的研究,发现无论是无分离流动还是分离流动,当雷诺数大于自模化雷诺数时,二维翼型的升阻力系数不再随这雷诺数变化而变化。再次,由于动态失速对于二维翼型的气动性能会有重大影响。本文应用Fluent软件的用户自定义功能设置了运动网格研究翼型振荡运动的动态失速现象,得到二维翼型动态失速的运动规律。第二部分,开展三维风轮气动性能的数值研究。首先,基于动量—叶素理论在二维翼型的升阻力系数数据基础上计算三维风轮的气动性能,并以此评估了二维翼型气动性能计算精度对于三维风轮气动性能计算的影响。接着,采用CFD方法研究三维风轮气动性能,并比较了大涡模拟和S—A紊流模型两种方法的计算精度。再进一步的进行洞壁干扰修正,得到了精度较高的三维风轮气动性能数值研究方法。第三部分主要研究低风速下高性能风力机叶片的设计方法。首先利用相关参考文献建立初始叶片造型,然后根据动量—叶素理论对于风轮风能利用系数计算的基础上采用遗传算法对影响风力机风轮气动性能的两个重要参数即弦长和安装角进行优化,最后完成优化后的风力机风轮的造型设计。