鉴于能源危机的加剧,传统不可再生资源(如煤炭、石油、天然气)日益减少,再加上环境污染等问题的加重,促使各国对可再生清洁能源的开发,而风能作主流的清洁能源之一,越来越受到各国的重视。随着兆瓦级大尺寸风力机的应用,需要对风力机叶片进行准确的结构设计和工程计算。本论文是在国家自然科学基金青年项目(NO:11902002)的支持下完成的,通过理论分析及数值模型计算,以常见的典型翼型和三维风力机叶片为研究对象,采用SST k-ω湍流模型,对翼型及叶片的静态失速、动态失速及三维旋转条件下失速特性等开展研究。研究成果对大型风力机的结构设计和理论研究提供了技术支持,有利于风力机在实际运行中的维护。本文的主要内容如下:1)采用振荡来流和振荡翼型两种研究方法,在不同工况下进行了数值模拟计算,分析两者之间的差异性。结果表明振荡来流在翼型失速研究上,计算效率有一定提高。在某些折合频率下,振荡来流方法的计算结果也能到达较好的准确率。在工程实践中,振荡来流的方式有利于提高计算效率。2)在较低的折合频率下,分析翼型在表面粗糙度和缺陷翼型两种情况下,对缺陷翼型的定常工况的气动性能进行数值模拟,并对动态失速过程的变化特征进行分析。结果表明随着翼型粗糙高度的增加,相比于光滑壁面,在攻角减小阶段,气动力系数出现明显的下降。对于缺陷翼型,在距前缘点30%(x/c)的翼型缺陷点,定常与非定常工况下的计算值都较低,而在60%(x/c)处,对翼型的气动性能影响较小。在外场作业的风力机,应该及时加强对磨损的前缘翼型进行维护。3)建立三维叶片模型,通过改变平均风速、风速振幅和振荡频率等因素来探究因受到动态失速影响而导致的叶片扭矩的变化。结果表明,随着振荡频率的增加,扭矩的改变量也随之增加,最大扭矩也不断增加;在平均风速增大时,叶片所受扭矩呈现阶梯式下降;增加风速振幅时,扭矩随风速变化的闭环曲线面积不断扩大,扭矩波动较大。同时,对高风速工况进行计算,并以三维缺陷叶片为几何模型进行数值模拟。结果表明,在高风速下缺陷叶片,其扭矩的变化规律相比于无缺陷的叶片,曲线所围成的面积明显较大,扭矩差值较小,波动范围也较小。由叶片表面流场分布可知,缺陷截面处的翼型,其吸力面的涡流面积比无缺陷的较小,说明在高风速下,缺陷对叶片的失速现象有一定影响。图[48]表[4]参[56]