本文旨在以叶素-动量理论为基础,通过构建叶尖、叶根损失系数数学模型及弦长函数模型,提出一种计算叶片气动外形的新方法。论文的研究内容如下:(1)建立了基于平面复势的叶片风能损失系数的数学模型。风力机尾流涡系属于十分复杂的多维流动,将多维流动简化为平面势流进行深入研究,通过共形映射理论及平面复势的位流解法,建立了叶尖、叶根损失系数数学模型,经叶素理论验证得知,该模型可预测风轮推力和转矩。(2)研究了基于Fluent的计算2D翼型气动特性的有限元仿真方法,并用风洞数据验证了该方法的可行性。选择合适的湍流模型及壁面函数,可以精确地计算2D翼型升力系数和阻力系数。(3)本文推导出了直接求解入流角的一元非线性方程,进而求解叶片气动外形参数和叶片力能参数。并以10MW概念型风力机叶片为设计实例,使用本文方法完成了叶片几何参数的计算,并采用CFD仿真法,从气流迹线、湍流强度、压力及诱导因子分布等多个角度验证了这一方法的正确性。(4)由于靠近叶根使用了相对厚度为60%的翼型,基于叶素理论的计算结果显示,风力机低速起动性能比较优越,在4~9m/s的低风速区域内,功率较DTU10MW高13%以上。(5)对比分析仿真结果与解析解,探讨了翼型类型对风力机叶片气动特性的影响,提出了叶片设计中的气动特性兼容性问题。此外对叶根附近翼型进行了分析,研究了叶根部位的低速起动性能。