风力机叶片的优化设计主要是采用动量-叶素理论方法。该方法具有计算过程简单、求解速度快等优点,但是设计的气动性能与实际运行的气动性能存在一定的偏差。同时,在大气环境下,风切变、阵风和大气湍流等来流因素导致叶片扰流流场是非定常的。在本文中,建立了风力机叶片的三维计算模型,采用数值模拟方法对Phase Ⅵ风力机叶片的流场进行了数值计算,并将数值计算的结果与NREL UAE风洞实验的结果进行了详细的对比和分析。数值模拟的结果与实验结果基本吻合,并开展了以下研究:研究了均匀、风切变和阵风等来流对风力机气动特性的影响,定量分析了风力机的近尾迹流动特性。在均匀来流下,叶轮的扭矩呈周期性变化。风力机近尾迹流动特性受到旋转叶片的强烈影响,并形成明显的轴向速度亏损,这种亏损随着流体向下游流动逐渐减弱。在近尾迹区域,流体的轴向诱导因子、切向诱导因子和径向速度受到风切变指数的影响,特别是径向速度。在叶片尖部的近尾迹区域,涡流诱导效应导致了较高的轴向速度梯度。在阵风作用下,叶轮的扭矩曲线基本与风速轮廓曲线保持一致。研究结果表明,动量-叶素理论方法设计的风力机叶片未达到最佳的气动性能。采用模式算法与遗传算法的混合算法改进了 Kriging代理模型,并对改进的Kriging代理模型进行了预测精度测试。将代理模型方法与CFD方法相结合,对WindPACT 1.5MW风力机叶片进行了几何外形优化。优化后,截面翼型的当地扭角均有所减小,风力机的扭矩提升了约为3.45%.现有的预弯方法获得的风力机叶片,在一定程度上损失了叶片的输出功率。在本文中,以Kriging代理模型为基础,提出了一种风力机叶片预弯方法,预弯后叶片的输出功率略有增加。研究了涡流发生器对翼型S809气动特性的影响,从流体动能传递和涡系运动轨迹方向,揭示了涡流发生器对翼型边界层流动分离的控制机理,对升阻力系数、x方向速度和涡量等参数进行了定量分析,并考虑涡流发生器弦向位置的影响。涡流发生器合理地布置在翼型吸力面前端,可以有效地提升翼型的升力系数,推迟失速现象的出现,增大失速攻角。涡流发生器卷起的涡系使外流区与边界层进行动能的交换,从而有效地控制翼型边界层的流动分离。涡系随流体向下游流动过程中,逐渐融合到翼型边界层中,直到浸没到整个边界层。研究了双排顺列的涡流发生器对翼型边界层的控制机理,该布置可以进一步增大升力系数和翼型的失速攻角。最后,将涡流发生器应用到Phase Ⅵ失速型风力机叶片上,采用合理的涡流发生器布置方法,使叶轮的扭矩在一定风速范围内基本保持不变。