全球气候变暖是目前人类社会面临最严重的问题,为实现3060目标,海上风电场已处于大规模开发阶段,随着海上风电场技术的发展成熟,风电必将会成为我国东部沿海地区可持续发展的重要能源来源,但由于海上空气中液态含水量大,冬季环境温度降低,风力机会遇到结冰的情况,结冰会使得风力机的发电功率降低,同时也会让正在运行中的风力机面临叶片、机舱和测量仪器等结冰的安全问题。本文以NREL 5MW海上风力机叶片为研究对象,研究叶片结冰后其翼型的升阻力系数变化,以及叶片结冰后对其气动性能影响,通过FENSAP-ICE软件获得模拟结冰叶片模型,将其应用到CFD工程应用中,通过分析和研究对翼型及风力机叶片产生的气动性能影响进行整理。本文的主要研究内容与成果包括:研究结冰条件变化对于翼型结冰前后的气动性能影响规律。首先将NREL 5 MW风力机的单只叶片进行模拟结冰实验,分别控制环境温度、液态水含量和来流风速等变量参数,在FENSAP-ICE软件进行模拟结冰实验,结果表明空气中液态含水量变化对叶片结冰的影响变化差异最大,翼型外形变化最为明显,着重对叶尖处的三个翼型段（DU25、DU21、NACA64）进行分析,三组翼型结冰前后的升阻比和压力分布及流线图等都有较大变化,三种不同工况下的升力系数都在减小,阻力系数增大,DU25翼型结冰后升力系数最大降低28%,阻力系数整体上升,最大上升31%;DU21翼型结冰后,在攻角为15°时升力系数最大降低33%,阻力系数整体上升,攻角15°时最大上升30%;NACA64翼型结冰后升力系数在攻角为6°附近,开始下降明显,在攻角为12°时,下降14%左右,阻力系数曲线任然保持与原始翼型总体上升趋势一致,在攻角-5°时上升6%,在攻角为15°时,上升7%。在三种不同环境变量下,DU25翼型的流场结构在结冰前后发生变化,随着液态含水量、来流风速的增加、环境温度的降低,结冰翼型尾缘处产生更为明显的分离,翼型的失速状态更为严重,结冰翼型前缘积冰量变大,前缘部位形成小的涡流,尾缘部位的涡流也逐渐变大,甚至出现三个涡流,相比原始翼型表面形成的尾缘分离区更大,分离区的变化使得翼型气动特性发生改变,气动性能下降严重;DU21翼型的流场结构变化并没有DU25翼型变化明显,结冰对翼型周围流场的影响程度不大,但相对原始翼型,结冰翼型在尾缘处分离现象依然提前且分离区域变大;NACA64翼型的流场结构结冰前后流场变化很小,影响几乎可以忽略,三种变量下的前缘结冰部位并没有形成涡流,尾缘部位的涡流变化并不明显,流场结构相对原始翼型只发生微小的变化,说明结冰对NACA64翼型的流场结构影响较小。叶片结冰使风力机的功率、主轴转速、发电量等参数发生改变,液态水含量变化导致结冰的风力机功率损失最为明显,在额定风速11m/s运行时损失最为严重,损失35%;液态水含量变化导致结冰的风力机主轴转速在11.4m/s时功率降低了17%;未结冰的5MW风力机每小时发电量为5000KW,但由液态水含量影响结冰后的结冰风力机1小时的发电量为4695KW,因此由于结冰的影响会使得风力机的发电量会大量损失随着时间增加,发电量损失逐渐增大,最大损失7%。本文的研究工作属于风力机结冰领域相关的研究,能对海上风力机防冰、除冰方面提供参考资料,也能为设计人员在设计维护时等相关方面提供一定帮助,同时本文中的风力机结冰的方法与技术手段也可以对高寒地区风力机防冰问题提供部分帮助。