近年来,全世界范围内风电产业蓬勃发展,风电已超过核电成为世界第三大主力能源,尤其在我国,风电累计装机和新增装机容量都已稳居世界第一位。但由于风电规划不均、电网承载能力不够等原因,风电消滞问题正在制约着我国风电产业的健康发展。发展分布式能源和小型风力发电是解决这一问题的有效手段,所以本文以此为出发点设计了全新形式的碟形风力发电机,并对其叶轮进行风洞试验和数值模拟,为其深入研究确定目标方向。具体的工作成果如下:(1)选定叶片安装角、叶轮开度作为主要研究对象,叶片数作为次要研究对象,根据设计思路确定模型尺寸并选定其中3个模型进行三维建模。采用3D打印技术和拆分打印的方法制作3个试验模型,设计并在风洞中安装测试实验台。(2)对3个模型分别进行风洞试验,包括启动性能和气动性能的试验,其中,每个模型安排多叶片对比试验。试验修正结果表明,30/45模型的整体性能优于其他两个模型,风能利用系数在0.42附近,可以在很低的风速下启动;30/30模型性能次之;60/45模型的性能与其他模型有明显的差距。(3)针对研究对象的特点,利用三维无厚度壁面的处理方法进行网格划分,通过对全尺寸系列的风力发电机模型进行基于正交试验方法的三维稳态数值模拟,获得其风能利用系数曲线和流场分布图,并对结果进行极差和方差分析。结果表明30/60模型具有最佳气动性能,叶片安装角对性能的影响最大。此外还对45/45模型进行了同阻塞比下的三维非稳态数值模拟,对其在风洞试验中出现的转速突变现象给出较为合理的解释。综合来看,风洞试验和数值模拟都证明了本文所研究的碟形风力机有着高于市场机型的风能利用系数,并且拥有很好的启动性能,结合其低噪的特点,将会成为小型风电研究发展的新方向之一。