在世界能源危机日益突出的背景下,风能作为一种清洁、对生态环境无污染的可再生能源,近几十年来受到高度关注,并得到了快速的发展。风力机是将风能转换为机械功的动力机械,风轮作为风力机的关键部件之一,决定了风力机捕获风能的能力。而翼型是构成叶片的基本元素,翼型的气动性能是影响风力机功率的关键参数。因此,对于风力机翼型气动性能的研究至关重要。为此,本文针对风力机专用翼型的气动性能和流动特性开展研究。基于N-S方程,分别采用RANS(Reynolds Average Navier-Stokes)和LES(Large Eddy Simulation)方法对S809二维翼型进行数值模拟。研究了二维翼型的气动性能随攻角变化的规律,并将基于雷诺时均方法的模拟结果与大涡模拟的时均结果进行了对比。进而,对S809翼型进行三维建模,并采用LES方法进行数值模拟,研究了三维翼型的气动性能和三维流动现象随攻角变化的规律。最后,对二维翼型的流场和三维翼型的流场进行了对比分析,研究了三维流动现象对翼型流动特性的影响。主要结论如下:(1)小攻角时,大涡模拟时均计算结果与定常流场基本相似;攻角较大时,大涡模拟的时均流场和定常流场产生差异,而且攻角越大差异越大,主要表现在LES方法较RANS方法能更好地捕捉流动的细观特征,尤其细小漩涡结构。(2)对于S809二维翼型,在相同攻角和来流速度时,通过对翼型绕流一个周期内不同时刻的涡量云图、压力云图、压力系数进行分析,研究翼型绕流的非定常特性。研究结果表明,小攻角时,非定常特性不明显,翼型尾缘后伴随少量的微小漩涡结构;大攻角时,非定常特性显著,翼型表面形成较大范围的分离涡,而且随着攻角增大非定常特性越显著,分离涡表现出了明显的周期性变化。在不同攻角和来流条件下,对翼型绕流的湍流特性进行分析,研究结果表明,小攻角时,湍流强度、湍动能、雷诺应力在翼型弦线方向取值较大,随着攻角增大,在翼型弦线方向上方区域取值较大,且其数值大小明显增大。同时,随着翼型尾迹的发展,湍流强度、湍动能、雷诺应力逐渐减小,2.05°攻角时,在翼型后约2.5倍弦长处恢复至来流状态,且随着攻角增大,尾迹恢复距离增大,20.16°攻角时,在翼型后约15倍弦长处恢复至来流状态。(3)对于S809三维翼型,在不同攻角来流条件下,对翼型的三维漩涡结构进行分析,研究表明,攻角较小时,主要表现为沿流向的湍流涡结构,随着攻角增大,三维翼型前缘产生分离涡,并且表现出明显的三维流动现象;翼型尾缘交替脱落的漩涡,在翼型尾迹区形成类似涡街结构的形状。在相同攻角来流条件下,对三维翼型沿展向不同位置截面处的压力系数进行对比分析,结果表明,沿展向不同截面处的压力系数分布存在差异,小攻角时差异较小,随着攻角增大,差异越来越明显。说明小攻角时,三维翼型的三维流动现象不明显,随着攻角增大,三维流动现象越来越显著。而且,三维翼型尾缘脱落的旋涡结构形状和大小与二维翼型尾缘脱落的漩涡存在较大差异。(4)在相同攻角来流条件下,研究了三维翼型表面摩擦系数和极限流线的分布特征,研究发现,翼型前缘位置的表面摩擦系数较大,此区域表现出附着流动特征;随着攻角增大,摩擦系数分布较大的区域变小,翼型表面极限流线紊乱的区域变大,18.19°攻角时,仅在前缘位置和尾缘位置的较小区域摩擦系数较大,此时翼型吸力面极限流线基本为紊乱状态。(5)在相同攻角来流条件下,对翼型吸力面不同弦向位置和尾迹区相关监测点的雷诺应力沿着y方向的变化规律进行分析,研究发现,2.05°攻角时,在选取的4个监测点处的三个方向的雷诺应力数值基本为0,基本表现出层流流动特征,随着攻角增大,翼型吸力面中间位置的三个方向雷诺应力有所增大,但其数值整体小于尾缘位置处监测点的雷诺应力值;翼型近尾迹监测点三个方向的雷诺应力值总体大于远尾迹监测点三个方向的雷诺应力值。