随着化石能源的过度开发使用,全球二氧化碳排放量日渐增加,温室效应加剧,寻求发展新能源已是迫在眉睫。风能作为取之不尽用之不竭的清洁资源,正逐渐被人们所重视,而风力发电机作为捕获风能并将其转化成电能的重要装置,其中叶片发挥着至关重要的作用,翼型作为组成叶片的重要组成部分,目前领域学者都在积极地探索研发,致力于高效翼型的设计工作。目前主流的风电叶片翼型主要有NACA系列、DU系列以及FFA-W翼型系列等,但这些翼型的原始理论及数据仍处于保密阶段,于是国家以及各企业高校都在致力于对翼型理论的建立,希望从根本上获取珍贵的翼型数据,同时在不断模拟实践中完善翼型理论。本文在充分研究流动空气与风电叶片翼型之间的相互作用时发现:实际上,在水平面内的空气流动是因为前后空气团之间的压差导致的,而气流在翼型表面流动时亦是如此,翼型表面各处的压强皆不相同,正是由于这样的压强差促使气流在翼型表面流动。然而翼型表面的气流流动复杂,空气团前后压差的测量很难实现且不易求解。经过深入研究发现:水平面内空气团在压差下流动与竖直平面内空气团在重量作用下流动是否具有一样的效果?且空气团的重量可以通过计算得到。因此本文主要工作如下:(1)提出了空气重量比拟压差的方法:即,将水平平面内在压差作用下流动的空气比拟为在真空中竖直平面内靠空气重量流动的空气。(2)以(1)中空气重量比拟压差的方法建立了风电叶片翼型理论,该理论的核心思想是:假设整个系统处于真空中,在竖直平面内存在某个曲线使得空气团在重力作用下由一点沿着该曲线滑向另一点所用时最短,以此曲线作为翼型的型线,将两点的连线作为翼型弦长,则该曲线在此段时间内截获的空气团最多,从而将捕获的能量更多地转化为机械能。(3)以上述空气重量比拟压差理论计算得到了该翼型型线的数学表达式,基于该翼型型线,构造了风电叶片翼型(在这里叫SJX翼型)。(4)通过Fluent模拟仿真验证本文所设计翼型的优越性,结果表明:SJX翼型其升力系数在-4°～6°攻角范围内都比翼型库中选取的3种相似翼型要高,与NACA2409-34翼型相比,升力系数最大提升率达到了 49.35%;攻角在-4°～4°范围内变化时,翼型生阻比存在明显的优势,相对于其余三种翼型,生阻比最大提升率为 64.21%。(5)应用研究:以SJX翼型设计了一个1MW的风力发电机叶片,为了验证其气动性能,与翼型库中选取的NACA2409-34翼型设计的叶片进行对比,对其进行多工况流场模拟。结果对比发现:在额定风速12m/s时,前者的输出功率为984786.39W,后者的输出功率为956769.42W,功率提升2.84%。表明以本文翼型理论构造的SJX翼型设计的风力发电机可以达到更高的输出功率,更接近设计功率,能够显著提高能量的转化率,验证了该理论的可行性。