张震宇，王同光，陈 立，许波峰，王 珑，罗 源

（1．南京航空航天大学 江苏省风力机设计高技术研究重点实验室，江苏 南京 210016；2．中国空气动力研究与发展中心 空气动力学国家重点实验室，四川 绵阳 621000）

0 引 言

水平轴风力机的风能输出受到来流风况的强烈影响，在偏航以及中等、大风速条件下由于叶片背风面的边界层容易发生流动分离，并会导致扭矩输出和能量利用效率的明显降低，以及分离噪声等一系列影响。风力机叶片的上述特性通过风洞实验和计算流体力学数值模拟不断被证实［1－2］。

另一方面，水平轴风力机的大展弦比布局一般会产生明显的叶尖涡结构；在三维旋转主流流动的作用下，螺旋状发展的叶尖涡会对叶片产生比较强的诱导影响［3］。

如何准确捕捉风力机叶片上述流动结构是实现合理高效气动设计的前提。本文采用数值方法，获得了以NREL phase VI风力机叶片为原型的流场与叶尖涡结构的准确模拟结果，并与缩比模型的PIV实验结果形成了良好的对比。在此基础上，提出了基于多片小翼概念的分裂叶尖形式概念型水平轴风力机叶片设计方案，并针对其综合气动性能利用快速非支配排序遗传算法（NSGA－II）进行了多目标优化研究并获得了满足给定约束的优化结果。

1 数值模拟

1．1 模型与数值方法

水平轴风力机叶片流动具有明显的三维旋转和强烈的湍流特征。基于工程允许的计算能力，除了大涡模拟（LES）与脱落涡模拟（DES）方法外，数值求解雷诺平均Navier－Stokes（RANS）方程仍然是目前工程上能够兼顾湍流流动计算量和计算准确度的一种有效方法。……