随着全球能源问题的日益严重,各国对新能源的开发利用越来越重视,特别是风能的开发和利用更受到广泛关注。叶片是风力机将风能转化为动能的核心部件,国外对其设计方法的研究很早就开始并发展出了众多设计理论和方法,但是我们国家从上世纪末才开始重视这方面的研究。本文对风力机叶片的设计理论和方法进行了总结,同时通过数值模拟的方法对叶片进行气动仿真和分析。首先,对风力机叶片的设计理论进行总结和归纳,并对Glauert设计法进行推导,同时在此基础上引入叶尖损失因子得出Wilson设计法的主要公式。通过对Wilson法的分析,利用MATLAB语言对该方法进行程序设计,程序最终将叶片各截面叶素的空间坐标参数写入文本文件,可直接导入绘图软件进行建模。其次,利用商用CFD软件Fluent对风力机设计时选用的翼型NACA4412进行二维的流场仿真。得到雷诺数为300000、攻角小于28°时,翼型的升力系数和阻力系数以及壁面上压力系数的变化的曲线,以及攻角11°到17°的翼型周围流线图。根据以上探讨攻角变化对边界层分离的影响,以及边界层分离对升阻系数和壁面压力系数的影响。说明NACA4412在攻角小于13°的范围内未发生边界层分离,并且具有比较好的升阻特性,适合作为中小型风力机叶片翼型。最后,以10KW风力机叶片为实例进行设计计算和实体建模(Solidworks),并利用Fluent对叶片设计工况和非设计工况的三维流场进行仿真,得到风能利用系数、轴向推力系数和转矩系数等气动参数,并根据这些气动参数对叶片气动性能进行分析和预估。另外通过将叶片分段的方法提取出设计工况时叶片上各段气动载荷,并利用Ansys进行静力学分析,得到叶片上最大位移和最大应力,提出对叶片结构优化设计的指导意见。