我国低风速风能资源丰富,分布广泛,低风速区面积约占全国总面积的68%,低风速地区风能资源的开发利用,对我国可再生能源目标的实现具有重要意义。鸟类通过弯掠翅翼可以在低风速时自由控制飞行速度和飞行高度,受鸟类翅膀弯掠形状的启发,研究低风速区弯掠叶片风力机的气动特性具有重要意义。本文在7m/s来流下,以直径为400mm的DTU-LN221翼型直叶片风力机为研究对象,对直叶片进行弯掠设计,通过CFD仿真计算确定输出功率最优的弯掠叶片,并对设计的弯掠叶片风力机和直叶片风力机进行风洞试验,研究其在不同湍流来流和偏航时功率和尾流特性相比于直叶片的改善效果。主要研究内容如下:首先,对DTU-LN221翼型直叶片进行弯掠设计,弯掠方式为前掠和后掠两种,以叶尖偏移量和弯掠起始位置为变量,确定弯掠方程。对叶片进行建模并利用ANSYS软件对风力机进行网格划分和数值计算。通过对7m/s来流风速、叶尖速比为5工况下的风力机模型进行数值模拟,可以看出叶尖偏移量为半径长度的10%、弯掠起始位置为半径长度的20%的前掠叶片风力机气动特性改善最为明显。并对直叶片风力机和气动性能最优的弯掠叶片风力机在不同叶尖速比情况下进行仿真计算,结果显示,与直叶片相比,在叶尖速比为5时弯掠叶片风力机的功率系数增量最大,提升了2.167%,推力系数的增量也随叶尖速比的增大而增大。其次,在近似均匀来流（湍流强度为0.5%）的风洞空流场中对气动性能最优的弯掠叶片风力机和直叶片风力机进行风洞试验,在0°,10°,20°,30°四个偏航工况对两种风轮进行功率测量,在0°和20°偏航情况下分别对不同尖速比下风力机尾流进行测量,结果显示偏航角越大,风力机功率损失越大,相对于直叶片,弯掠叶片在偏航时有较小的功率损失。在较大尖速比时,弯掠叶片风力机的功率特性较直叶片风力机输出功率有所提高,尤其在偏航时,弯掠叶片风力机输出功率显著增加。未偏航时弯掠叶片风力机尾流轴向时均速度损失和湍流强度值比直叶片风力机稍大。20°偏航时,两种风力机尾流轴向速度相差不大。偏航产生较大的切向速度,在近尾流区,弯掠叶片风力机尾流切向时均速度比直叶片风力机稍大。而随着尾流向下游发展,弯掠叶片风力机风轮旋转方向一侧尾流的湍流强度值要大于直叶片风力机。最后,在来流湍流强度为10.5%和19.0%工况下对弯掠叶片风力机和直叶片风力机进行风洞试验,在0°,10°,20°,30°四个偏航工况对两种风轮进行功率测量,在0°和20°偏航情况下分别对不同尖速比下风力机尾流进行测量,结果表明,低湍流强度可以有效提高风力机的输出功率,而高湍流强度会降低风力机的输出功率。在高尖速比时,弯掠叶片对风力机输出功率的提升效果明显。不偏航时三种湍流强度来流下,与直叶片风力机相比,弯掠叶片对风力机的功率系数提升较小,而在偏航时,尤其在近似均匀来流下,弯掠叶片对风力机输出功率有较大提升。来流湍流越大,风力机近尾流区轴向速度恢复越快。偏航使尾流轴向时均速度亏损量减小,尾流速度恢复加快。在高湍流来流下,弯掠叶片和直叶片风力机在不同湍流来流下近尾流区轴向时均速度相差不大,而弯掠叶片风力机近尾流区的切向时均速度比直叶片偏大。对比尾流湍流强度,发现低叶尖速比时,来流湍流越大,风力机尾流湍流强度恢复越慢,弯掠叶片和直叶片风力机尾流区湍流强度相差不大。在20度偏航且较高尖速比时,在近尾流区,弯掠叶片与直叶片风力机尾流区湍流强度基本一致,只在近尾流区尾迹中心位置处,弯掠叶片风力机尾流湍流强度略大于直叶片风力机。