叶尖涡区域流场是风力机空气动力学研究的重点,叶片上脱落的叶尖涡是产生流动阻力、气动噪声和不稳定的主要原因,同时叶尖涡结构特征又是水平轴风力机空气动力学性能预测和分析的基础。本文通过三维PIV技术,在风洞开口实验段,对水平轴风力机叶尖涡区域流场动力学特性展开研究。　　由于现有PIV后处理软件Tecplot中的二维涡量公式无法计算三维涡量,本文通过对三维涡量公式推导,计算得到叶尖涡的轴向、径向、切向涡量及三维涡量,为准确获得风力机叶尖涡产生、传播及消散过程中涡量的变化情况提供基础数据。同时,由于二维PIV数据在二维空间内无法实现图像的旋转显示,早期实验只能利用图像处理软件直接对图像进行旋转处理,使得实验结果存在较大误差。本文从图像原始数据入手,对测得的叶尖涡三维数据进行三维坐标旋转计算,实现不同方位面叶尖涡三维数据图像在同一三维坐标中的旋转显示。此外,在实现叶尖涡三维涡量和旋转显示的基础上,本文通过计算、分析、统计方法,对叶尖涡向下游运动过程中螺距和螺旋角随尖速比及风速的变化规律进行定量分析,为深入研究叶尖涡三维运动轨迹提供数据基础。　　将不同工况下得到多组三维PIV数据通过计算、位置平均、旋转显示、定量分析后发现,叶尖涡在下游运动过程中在靠近风轮位置10°方位面时三维涡量最大,然后随着测试方位面角度的增加涡量逐渐降低,在100°方位面达到最小,而后在110°方位面内涡量又有所增加;在额定风速下,随着尖速比的增加两个相邻叶片产生的叶尖涡涡核之间的轴向距离(螺距)逐渐减小,而径向距离逐渐增大;同时随着尖速比的增加,叶尖涡运动轨迹螺旋角在0°~120°方位面内呈现逐渐增大的趋势,且低尖速比下的增长速度大于高尖速比情况下的增长速度;在额定尖速比下,随着风速的增加,叶尖涡运动轨迹螺距和径向距离逐渐增大,叶尖涡运动轨迹螺旋角随着风速的变化成波浪式,在5m/s~7m/s来流风速内,随着风速的增大,叶尖涡运动轨迹螺旋角逐渐减小,而在额定风速8m/s时,开始增加,在9m/s时在8m/s的基础上呈现下降的趋势。