伴随着传统能源如煤炭、石油等的过度开发和使用,全球环境污染等问题日趋严重。为了应对这些挑战,可再生能源的开发成为能源转型的关键着力点。由于良好的商业化前景以及相对成熟的开发技术,风电已成为最有发展前景的可再生能源之一。但是在风电场中,下游风机不可避免的会受到上游风机造成的尾流影响,从而造成尾流区风机因速度亏损导致的发电量下降以及湍流强度增大导致的疲劳载荷增加。因此,在风电场布局设计中,准确评估尾流特性是提高风电场发电效率和提高风机寿命的关键。由于能较准确的重现风机尾流特征而且成本相对较低,风洞试验成为风机尾流效应研究的主要手段。而在风机尾流风洞试验中,由于雷诺效应导致几何缩尺模型在扭矩与推力系数与实际风机差距较大,进而影响尾流试验的准确性。因此,在尾流风洞试验中,如何使缩尺模型叶片的推力系数与足尺叶片的推力系数一致是一个难题。本文围绕该问题,做了以下相关工作:（1）提出了一种适用于尾流试验的模型叶片优化设计方法。该方法以翼型、弦长与扭转角分布为优化变量,通过基于叶素动量理论的数值模拟方法计算模型叶片推力系数,然后与优化算法相结合,设计与实际风机推力系数相匹配的模型叶片。本文采用该方法对某5MW风机叶片进行优化设计,通过风洞试验分析模型推力系数结果,并与实际风机相匹配,验证了该方法的准确性;其次对某2MW风机叶片进行优化设计,验证该方法具有普适性;最后采用风洞试验方法对优化后5MW风机模型尾流特性研究,并与足尺推力系数下尾流模型进行对比,验证了优化叶片模型适用于尾流研究。（2）研究了不同来流条件、不同偏航角下风机模型尾流特性。本文采用风洞试验来研究优化后叶片的尾流特性。研究发现:尾流偏移随着桨距角的增加而增大,偏航时尾流呈现肾形半涡,尾流亏损中心高度几乎不受偏航角度影响;相同风速下随着湍流度的增加,尾流恢复较慢,附加湍流度逐渐减小。（3）为了在尾流试验同时对风机发电功率进行研究,本文在前述推力系数优化方法的基础上,进一步提出了推力-功率系数双目标叶片优化设计方法。该方法以推力系数与功率系数为优化目标,设计具有更高功率系数的尾流试验模型叶片。并研究了风机叶片弦长与扭转角对功率系数的影响,研究发现:在翼型固定的前提下,弦长分布对推力系数影响较大,而扭转角是影响功率系数的主要因素。最后通过仿真方法对推力-功率系数双目标优化叶片进行气动力参数验算,证明该设计叶片的气动性能的可靠性。本文提出的用于尾流试验的模型叶片优化方法可以解决模型试验中的尺度效应问题,提高风机尾流试验的准确性;对风机尾流特性进行风洞试验分析,可以为后续尾流模型修正提供数据验证;最后提出的推力-功率系数优化叶片可以为尾流效应对风机功率系数影响的研究提供模型制作方法。