低风速地区的风速普遍较小,现有风力叶片无法充分利用低风速区域风能资源。论文基于叶素动量理论及其相关理论设计了一种用于转轮直驱式风机的大力矩风力叶片,具有启动风速较低、转矩系数较大及气动效率良好的特点,并在叶片气动外形基础上设计了结构强度及固有频率符合要求的叶片结构。1.对叶片及叶素翼型的相关概念理论进行研究分析,对叶片及翼型相关参数对气动性能的影响进行了分析,并利用Fluent和Profili软件验证翼型相关理论的研究结论。对叶素动量理论及其相关理论进行了研究推导,结合相关损失系数及经验公式推导了诱导因子的表达式,最终根据叶素动量理论及其相关理论设计出了叶片气动参数迭代计算方法。2.对叶片工作风速进行研究分析,设计出额定风速、启动风速、切出风速。对三种气动性能较好的翼型进行气动分析,选择NACA4415翼型。并依据叶片相关理论设计叶片整体参数如额定功率、叶片数、半径、尖速比、弦长等参数,运用迭代计算方法结合Profili和MATLAB计算出各叶素气动参数,并利用坐标变换法进行叶片气动模型建模。3.分析叶片流体仿真方法,设计出叶片流体仿真的设置流程。利用Fluent对叶片气动模型进行流体计算,并分析仿真结果云图,利用Fluent对尖速比参数进行参数优化,最终尖速比λ为2.72时气动效率达到0.44。比较高速风力叶片转矩系数,验证本叶片大力矩的特点,本叶片转矩系数为所选高速叶片的2.817倍。对叶片工作风速区间功率调节方法进行研究,并利用流体仿真计算功率变化规律。4.以叶片气动外形为基础选择叶片材料及设计叶片相关结构,运用ANSYS的流固耦合计算模块计算出叶片在极限工况下的强度和刚度符合结构要求。并且运用模态分析叶片不同振阶的振动模态,分析叶片固有频率不会发生共振现象。