本文针对水平轴风力机叶片在较大来流工况下运行易产生流动分离的特征,以NREL Phase VI风力机为原型,研究了一种在叶片前缘设置微小圆柱的流动控制方法,并对该种新型水平轴风力机进行了数值模拟,以研究其绕流场气动特性。文章的主要内容及研究成果包括:首先,参照相关的实验结果,进行数值模拟结果的确认,将扭矩和弯矩数值模拟结果与实验结果以及其他研究相同模型的数值模拟结果进行比较后发现,仿真计算结果能够比较准确地反映NREL Phase VI风力机绕流场的基本物理特征。其次,讨论了不同直径微小圆柱和不同摆放位置对风力机气动性能的影响。结果表明,在不同失速工况下,叶片前缘设置合适的微小圆柱均可以有效地抑制风力机叶片上的流动分离且只略微增大风力机负荷;在不同来流风速下,不同圆柱直径和安装位置对风力机的气动性能影响较大。接着,引入相对入流角的概念,研究了不同位置的微小圆柱对抑制水平轴风力机叶片流动分离的控制机理。结果表明,在U_∞=13m/s时,越靠近叶尖,相对入流角逐渐变小并趋于一个稳定区间,最优圆柱摆放位置随着相对入流角变小而逐渐靠近叶片前缘点。同时由于流场的复杂性其展向每一截面上下部分的流场都会对中间截面流场产生影响,每一截面取最优位置整合后的圆柱并没有达到最优效果。此外,作者根据流固耦合模拟结果设定了2种微小圆柱振动形式,探究了分段圆柱不同振动形式、振幅和频率对水平轴风力机气动性能的影响。结果表明:在不同失速工况下,叶片前缘设置振动的微小圆柱较静止圆柱能更有效地抑制风力机叶片上的流动分离,且对大流动分离情况也有明显的改善效果。当U_∞≥13m/s时振动方向和振幅在气动性能改善上起了最主要作用,高频率振动的微小圆柱能更快速地抑制叶片表面流动分离达到最佳气动性能。通过计算,U_∞=10~25m/s时,在风力机叶片前设置更为靠近叶片表面的圆柱并加载合适的振动规律,风能利用率较没加设微小圆柱时分别可提高86.2%,188.4%,214.1%,109.8%和120.2%。