面对日益增长的能源需求和环保方面的压力,世界各国都在加大新能源的开发力度。风能是可再生能源中最具代表性的一种,它对保护环境、维持生态平衡、减少对常规能源依赖和改善能源结构都有重要意义。水平轴风力机是风能利用最主要的形式,其关键部件又是叶片。自风力机被广泛使用以来,叶片的外形设计和气动特性就一直受到人们的关注。叶片的外形决定风轮的转换效率,因而叶片外形设计在风力机设计中占有举足轻重的地位。由于涉及到技术保密,国外知名叶片生产商都不对外公开其设计方法;同时考虑到我国目前对风轮气动性能的研究尚少。因此很有必要研究风力机叶片的设计技术,这些工作对于我国风电产业的发展,掌握自主知识产权的叶片设计技术具有积极意义。本文重点研究1.5MW风力机的叶片设计和空气动力学性能,所开展的主要工作包括:首先,研究了风力机叶片设计的四个基本理论和Wilson方法,以动量理论、叶素理论等基本理论为基础,结合Wilson优化设计方法推导出风力机叶片优化设计的数学模型,并以MATLAB语言为工具编写叶片设计的计算程序;为便于叶片加工制造,又对叶片扭角和弦长进行线性化修正,输出各参数的计算结果。其次,结合坐标变换原理,运用MATLAB的矩阵运算功能,对叶片翼型上各离散点数据进行处理,得到各离散点空间坐标。基于UG的自由曲面造型功能,采用三次B样条拟合方式绘制叶片各截面的空间样条曲线,建立风力机叶片的实体三维模型,并且在专门的网格划分软件Gambit中对风轮三维流场模型进行网格划分和边界条件设置。最后,利用CFD软件FLUENT,采用分离隐式求解器,湍流模型选择SSTk-ω模型,离散方式为二阶迎风格式,压力—速度耦合采用SIMPLEC算法对额定风速下的风轮流场进行数值模拟。绘制叶片流场的速度矢量、湍流强度和叶片表面的静态压强图,对其进行分析,指出叶片流场的运动规律、流动细节情况,为进一步改善叶片流场做准备;最后得出风轮的受力和转矩,计算出实际功率和风能利用率,为后续设计主轴、齿轮箱等部件提供理论参数。