风能是一种既经济又环保,并且可以再生利用的能源,与传统能源相比,风力发电具有不依赖外部能源,没有燃料价格风险,发电成本稳定,无碳排放,以及风能分布广泛等优点。风力发电是风能利用的主要形式,而风力机叶片是整个风电机组的核心构件,其良好的设计、优越的性能和可靠的质量是保证机组正常稳定运行的重要因素。我国的叶片设计制造能力相对落后,叶片设计技术与国外相比还有差距,尤其是在气动、结构设计方面还十分欠缺。风电机组大型化趋势的发展对风力机叶片性能提出了更高的要求,研究先进的风力机叶片结构、气动设计技术,对提高我国风电产业自主研发能力具有重要意义。本文针对1.0MW水平轴风力机叶片进行了优化设计及气动特性分析。以风力机叶片的气动设计理论为基础,从风力机基本参数、叶片数、叶尖速比、风轮直径、翼型以及翼型插值几个主要方面确定风力机叶片的基本参数。在保证定雷诺数和定风速的情况下,通过FLUENT软件分别模拟了不同攻角下二维翼型NACA4412的绕流流场,得到了翼型的升阻力系数、升阻比、表面压力分布以及速度分布,并将仿真结果与Profili软件中计算的结果相比较,从而确定最佳攻角。根据叶素-动量理论,采用Wilson叶片设计方法设计风力机叶片几何外形,确定优化设计数学模型以及约束条件,以MATLAB为工具实现对各外形参数的求解,并对计算弦长进行线性化修正处理,对计算扭角进行拟合修正处理,从而获得优化的弦长和扭角。然后对叶尖进行样条曲线修型,获得具有良好空气动力学性能的风力机叶片的外形数据。绘制叶片各截面的空间样条曲线,基于Pro/E的自由曲面造型功能对风力机叶片及轮毂进行建模,完成风力机风轮的模型建立。借助ANSYS软件对风力机叶片及风轮进行模态分析,以验证叶片模型建立的优劣。并通过叶片和风轮模态分析的结果分析了固有频率不同的原因,避免对单个叶片进行模态分析所产生的误差。