作为可再生能源,风能越来越受到全世界的重视。本文以风力机专用翼型S809和NREL Phase VI风力机叶片作为研究对象,采用数值计算的研究方法对风力机翼型和叶片的绕流流动进行研究和分析。本文采用有限体积法和SIMPLE算法,研究了计算区域大小和网格尺度大小对风力机翼型和风力机叶片的绕流流动数值计算精度的影响,得出合适的计算区域和网格尺度大小;在此基础上分析不同湍流模型对风力机翼型和风力机叶片的绕流进行数值计算的可行性,选取了适合风力机翼型和叶片的绕流流动的湍流模型。采用非定常求解器分析了风力机翼型的静态失速和动态失速的流动特征;采用DES模型和滑移网格方法对风力机叶片的绕流进行数值计算,分析和讨论了风力机叶片表面的极限流线、叶片截面的压力系数和沿叶片展向输出转矩的分布。将一些有意义的结论总结如下:(1)翼型处于失速区时,上行攻角增大的过程,翼型的升力系数大于静态的升力系数;在下行攻角减小的过程,翼型的升力系数小于静态的升力系数。随着初始角、折算频率和攻角变化的振幅增大,翼型的空气动力参数迟滞曲线包围的面积增大,翼型的动态失速效应增强。(2)风力机叶片绕流流动在低速来流风速时,采用κ-ωSST湍流模型和多重坐标系的计算方法,叶片各个截面的压力系数与实验测试数据一致;高速来流风速时,采用DES和滑移网格模型的计算方法,叶片各个截面的压力系数与实验测试数据一致。(3)风力机叶片绕流流动在低速来流风速时,沿来流速度的流动方向,叶片不同截面的流体流动未发生边界层分离,沿叶片展向流体未发生流动。高速来流风速时,沿来流速度流动方向,靠近叶根截面的流体流动发生边界层分离,同时流体沿叶片展向上也发生流动。(4)风力机叶片沿展向单位长度输出转矩系数分布随来流风速变化而变化,低速来流风速时,单位长度输出的转矩系数从叶根到叶尖呈现先上升后下降的趋势,在r/R=0.80附近达到极大值,风力机叶片的输出转矩主要集中在r/R=0.60-0.80;高速来流风速时,单位长度输出的转矩系数呈现双峰分布,r/R=0.60达到极小值,其后又开始上升,在r/R=0.80附近达到极大值。(5)随来流风速增大流体出现流动分离,流体在叶片展向存在流动;科氏力和离心力共同作用使流体流动的边界层分离发生延迟;相同雷诺数和攻角情况,靠近叶根截面的翼型升力系数大于二维静止状态的升力系数1倍。风力机气动性能的准确计算和流动分析,是风力机叶片气动设计的关键环节,本文对风力机翼型和叶片绕流流动的数值计算方法的研究以及对数值计算的流场数据进行气动性能和流动特征的分析,均可以为风力机专用翼型的设计和风力机叶片的失速延迟模型和动态失速模型提供理论依据和帮助。