我国风力资源丰富,风力发电有着广阔的应用前景。风力机作为风力发电的关键设备,尽管国内外众多学者对风力机叶片与风轮的气动性能进行了深入的研究,取得了富有成效的成果。但是风力机叶片与风轮的气动性能的计算仍然存在较多的问题,如静态失速问题、动态失速问题、三维旋转效应问题等,而对于风力机组的动力特性及风力诱发风力机组的振动问题则研究相对较少。本文结合风力机叶片气动特性及高原型风力机流固耦合问题开展研究,主要包括以下六个方面的工作:(1)利用CFD软件FLUENT,分别采用定常数值分析与非定常数值分析方法,对美国国家航空咨询委员会开发的NACA0018翼型进行了细致的数值分析,研究了翼型的升力系数和阻力系数的特性,并对流场结构进行分析,系统地探讨了适用于风力机翼型数值模拟的湍流模型与近壁区网格密度。根据NACA0018翼型随着来流风速的不同而产生流动分离的条件,获得了不同条件下NACA0018翼型的静态失速特性。(2)使用用户自定义函数,将k-ωSST湍流模型与动网格技术相结合,对NACA0018翼型简谐振荡的非定常流场进行了数值模拟,结果表明k-ωSST湍流模型与动网格技术相结合可以获得NACA0018翼型简谐振动时的瞬态流动特性,对翼型简谐振动湍流流场具有较强的模拟能力。研究得到了振幅与缩减频率变化时NACA0018翼型的动态失速特性。(3)使用大涡模拟方法(LES)和先进滑移网格技术对某750高原型水平轴风力机动静干扰的三维瞬态湍流流场进行了数值模拟,结果表明大涡模拟方法可以获得风力机组的瞬态流动特性,对风力机流场湍流流场具有较强的模拟能力。计算结果揭示了风机动态绕流的全流域动力学特性及流动结构的分布特征,研究得到了风机叶片失速以及叶片旋转与塔筒结构相互作用的规律。通过对风轮转矩的研究,得到了风力机的效率。(4)建立了包含叶片、轮毂、机舱、塔筒、基础与地基的某750高原型风力机组的计算模型,对其进行结构动力分析,得到风力发电机组塔筒的固有频率和振型,并与解析方法计算结果进行了对比,在验证模型的正确性基础上,研究了风轮启动至正常旋转以及风轮正常旋转两个工况时风轮旋转诱发塔筒振动的耦联问题,得到了风轮启动过程中诱发风力机组结构共振的转频值。(5)构建了一种简单高效的风力发电机组的流-固单向耦合方法,并自编了相应程序,实现动态流场计算结果精确输入固体分析模型。以某750高原型风力发电机组为研究对象,研究了流-固耦合情况下风力诱发柔性塔筒的动力响应问题。(6)以某750高原型风力发电机组为研究对象,开展并完成了现场动力测试,得到了柔性塔筒的一阶固有频率值与测试点的动态应变值。由测试点的应变值,根据虎克定律进一步得到测试点的最大动应力值。试验结果与数值模拟吻合较好。