风力机风能利用率与风力发电机组运行可靠性和风力机叶片翼型的气动特性密切相关。研究翼型表面微结构的减阻增升特性对提高翼型气动性能、增加风力机风能利用系数具有重要的意义,这种简单有效的减阻技术将为风力发电的长远发展作出巨大的贡献。本文以现有的风力机专用翼型DTU-LN221和Ris(?)-A1-21光滑翼型试验为依托,基于ANSYS Fluent软件,结合理论分析,通过选择Transition SST模型进行光滑翼型的数值模拟,进行网格无关性验证和数值计算的可靠性验证,为进一步开展表面微结构的研究奠定基础。对比两种翼型的几何和气动特性可知,DTU-LN221翼型具有更好的气动特性,且从前缘附近几何型线及表面压力系数特性可知,该翼型对表面粗糙度的敏感性更低。采用SST k-ω模型对混合网格划分得到的表面微结构翼型模型进行数值研究。从微结构布置位置、尺寸和形状3方面对DTU-LN221翼型进行研究,在翼型吸力面0.6c之前布置表面微结构可在大攻角下获得一定的增升效果；该翼型在设计攻角范围内受表面微结构的影响较小,只在V型沟槽宽高值为0.13mm附近以及沟槽底角控制在56°附近很小范围内大攻角下产生一定的减阻增升效果；具有间距的V型沟槽对翼型气动性能的减阻增升效果比无间距的沟槽差。从微结构位置、尺寸、所占长度、沟槽小肋形状、攻角和雷诺数六个方面对Ris(?)-A1-21翼型进行研究。结果表明,在吸力面有效范围内靠后布置的V沟槽效果更好；在吸力面布置相同沟槽的同时,在压力面布置V沟槽效果更好。尺寸和数量相差较少时,对减阻效果影响较小；数量相差较大时,数量多的沟槽方案产生的减阻率、升阻比增率更优,而增升率小于数量较少的方案。相同尺寸、数量的沟槽和小肋减阻增升效果相近。失速攻角之前,微结构减阻增升效果随攻角的增加而增加,大多数方案产生的增升率随着雷诺数的增加而减小,减阻率和升阻比增率随着雷诺数的增加而增加。对于该翼型,计算得到的最大减阻率为16.224%,最大增升率为14.796%。从升阻力值的粘性分量和压差分量、表面压力系数、速度分布、壁面剪切应力、湍动能和湍流耗散率6个方面对两种翼型有效表面微结构的减阻机理进行研究。结果表明,升阻力系数中压差分量的变化率对总系数值的增加或减小起到重要的决定性作用,而粘性分量的变化率对总系数的变化率影响很小。表面微结构减小了吸力面表面压力系数、增加了压力面表面压力系数,即使得表面压力系数积分面积增加,从而升力系数增加。沟槽能有效地留住进入的空气,使其形成“微型空气轴承”,使得表面边界层被抬高,同时减小边界层内能量耗散,降低沟槽后边界层的厚度,这是表面微结构减阻的本质机理。