随着世界能源危机的出现,推进新能源和可再生能源的开发利用成为热门研究内容。风能作为一种重要的可再生能源,具有分布广泛、无污染、蕴量巨大和可以再生的特点。已经成为新能源研究的重要方向,从陆地上的固定式风电场到海上漂浮式风电场,人们对于风能的利用得到迅速发展。无论是陆上风场还是海上风场的风况都是复杂多变的,这对风力机风轮气动性能有较大影响,变化的气动载荷对风力机的结构强度和弹性变形等问题提出更高的要求,对输出功率也有很大影响,因此对于风力机的研究工作至关重要。风力机的流固耦合特性研究非常复杂。本文使用CFD计算软件首先对固定状态下风力机的气动性能进行数值模拟,然后对风力机的结构进行分析,最后在考虑流体固体双向流固耦合作用下,对风力机的气动性能和结构进行研究。首先对风力机的气动性能进行研究,采用的NREL 5MW实尺度风力机模型,运用ANSYS Fluent软件进行模拟仿真计算,通过修改不同的参数设置和选用不同湍流模型,大大提升了计算结果的精度。然后将扭矩和推力与文献结果进行对比,验证CFD方法的可行性。然后用Mechanical APDL软件对风力机进行模态分析,研究固有频率和振型的变化趋势。然后考虑单向耦合作用下风力机,把气动载荷导入到静态结构中进行计算,研究不同工况下叶片压力表面和吸力面的等效应力和应变分布,验证强度是否在材料允许范围内,研究不同工况下叶片的变形情况。最后在 workbench 中,通过 Coupling System 模块调用 Fluent 和 ANSYS Fluent 来搭建一个双向流固耦合的计算平台,该平台可以实现流体计算和结构计算的数据实时共享,对考虑双向耦合的5MW风力机进行数值仿真,研究对比纯CFD计算时的推力和扭矩,分析双向耦合作用对风力机气动性能的影响,分析双向耦合作用下尾流和纯CFD计算时的尾流,对比分析双向耦合作用和单向耦合作用对叶片等效应力和变形的影响,最后对比研究单向耦合和双向耦合对风力机叶片变形的影响。