随着日趋严重的国际化石能源危机和自然环境污染问题,风力发电等绿色能源成为各国立足当下,放眼未来的研究热点。由于小型风力机适用于农村等偏远地区,一直是研究的热点。为了改善直线翼垂直轴风力机的启动性能和输出功率,本文基于B-Spline曲线生成方法,提出一种具有凸流线型轮廓的聚风罩。将其分别安装在风轮顶端和底端,用以提升来风流速,优化风轮附近的流场分布,使风轮汲取更多风能,达到更易启动,更高能量输出的特点。研究主要以聚风罩为对象,采用数值模拟和风洞试验相结合的研究方法,把提升垂直轴风力机平均启动力矩和平均功率系数为研究目标,主要研究内容和研究结论如下:（1）借鉴收缩喷管模型,提出安装具有B-Spline曲线外形聚风的聚风型风力机,并优化聚风装置的5个主要结构参数。利用二次正交旋转试验设计和响应面分析,将风轮平均启动力矩作为筛选指标,通过数值模拟对装有不同结构参数聚风装置的垂直轴风力机进行计算,并获得平均启动力矩指标,通过回归分析得到回归方程,最终获得聚风装置最佳参数组合:聚风装置与风轮间隙距离ΔL=60mm、聚风装置底圆半径R1=412mm、聚风装置顶圆半径R2=542mm、入口角度α1=19°和出口角度α2=23°。（2）将优化后聚风罩安装在直线翼垂直轴风力机上下两端组成聚风型风力机,并以此为研究对象,利用数值模拟和风洞试验结合的方法,研究聚风罩对直线翼垂直轴风力机启动性能和功率输出的影响,结果表明,B-Spline曲线聚风罩对直线翼垂直轴风力机启动性能和功率输出均有较大程度的改善,并且提升效果最佳的风速为U=5m/s,此时,聚风型风力机启动力矩系数的平均提升百分比为24.7%。在φ=80°时,平均启动力矩系数提升最大,可达38.8%;在φ=100°时,平均启动力矩系数达到峰值,相比无罩风轮最大可提升31.2%。聚风型风力机最佳尖速比达到2.0,对应达到了该风速下的峰值平均功率系数。峰值平均功率系数相对于非聚风型风力机提升了51.7%。功率系数平均提升百分比达到41.3%。（3）对有无聚风罩的两种风力机进行压力场分析和速度场分析,总结出面B-Spline曲线聚风罩对直线翼垂直轴风力机启动性能和功率输出的优化机理。对于叶片,改善叶片压力分布,增大叶片腹背面压差提升顺压力梯度,使叶片受到更大的气动合力;优化压力分布位置,产生更多有效正力矩;减少叶片前缘阻力,增加尾缘推力。对于聚风罩内流道,减小叶片产生涡旋带来的能量损失;提升风力机旋转时叶片附近及风轮内部气体流速,降低尾流流速,使来流能量密度提高。综合以上两方面原因,B-Spline曲线聚风罩使直线翼垂直轴风力机气动性能得到提升。本研究通过数值模拟和风洞试验相结合的研究方法验证了B-Spline曲线聚风罩显著改善直线翼垂直轴风力机气动性能。提出具有B-Spline曲线聚风罩对中小型直线翼垂直轴风力机在风资源匮乏、风资源分布不均和风速较低的地区的应用发展具有一定的参考价值。