风力机是将风能转换为可被人类直接利用的机械能、电能最主要的设备,随着人类对风能资源的开发利用,为了保证风力发电机组的做功效率风力机气动特性成为研究的重点。现在为了从风中获取更多的能量,风力机尺寸逐渐增加,叶片更长也更具柔性;风力机工作在多变的自然风环境下,叶片是风力机受力最为复杂的部件,在风力机运行时叶片极易发生振动变形,因此研究叶片的振动变形对风力机气动特性的影响尤为重要。经学者们研究表明,叶片振动时其能量主要集中在低阶振型上,且挥舞振动占据主导地位,所以本文着重研究低阶挥舞振动对风轮气动特性的影响。本文利用丹麦B&K公司的PULSE16.1结构动态测试分析设备,对实验室已有的风力机叶片进行模态测试,获取叶片低阶挥舞模态振型对应的振动频率、特征向量等数据;利用商业数学软件Matlab拟合得到叶片的一阶和一、二阶叠加挥舞振型对应的振型控制方程,实现对运行时风力机叶片挥舞振动形态的控制。数值模拟部分基于大涡模型LES,利用商业计算流体力学CFD软件ANSYS FLUENT中的UDF代码编译风轮叶片振动控制方程,结合动网格和滑移网格技术,对低阶挥舞振动风轮进行模拟,实现了对三维振动风轮气动特性的研究。分别从风轮的输出特性、叶片表面流动特征和尾迹结构及流动特征几个方面对模拟结果进行了分析:通过研究不同振动形态下的风轮的输出特性发现:风轮叶片施加振动后扭矩和轴向推力呈现出明显的周期性波动,其波动频率与叶片振动频率一致,扭矩的波动会造成电品质的下降而轴向推力波动会导致塔架产生脉动应力更易发生疲劳破坏,同时叶片的振动还导致风轮功率输出的下降;由于功率的下降,对风轮叶片表面流动进行了分析,研究发现叶片挥舞对叶片流动和压力分布影响主要集中在叶片前缘位置,振动使压力在前缘位置产生偏移,叶片中部位置出现压力指向性的改变,在吸力面前缘位置出现溢流现象同时该位置湍流粘度增大明显,这些因素不仅造成功率的下降同时压力方向的改变使叶片产生低头力矩,诱发叶片的扭转振动甚至动态失速;通过对尾迹流动特征研究发现:振动使尾迹径向膨胀趋势增加,同时尾迹速度切变增大,叶尖三维流动效应增强叶尖径向绕流加剧,尾迹场压力脉动幅值和涡量值均呈现增大趋势,尾迹流动特征相较于刚性模型模拟结果更为复杂,风轮尾迹结构和流动特征对于下游风力机的入流会产生很大的影响。本文实现了对风轮叶片挥舞运行下气动特性的模拟,为风力机数值模拟引入新的非定常因素,使数值模拟更好的贴近实际,为风力机叶片设计、风场风机排布以及安全运行提供指导。