垂直轴风力发电机相比传统的水平轴风力发电机在结构上拥有巨大的优势,基础理论研究的匮乏导致了垂直轴风力发电技术一直处于落后的地位。近年来,随着研究学者对垂直轴风力发电机组理论研究的深入,垂直轴风力发电技术又重新回到了国内外学者的视野。垂直轴风力发电机在运行的过程中内部流场复杂,理论计算困难,论文采用近年来发展迅速的计算流体力学方法对垂直轴风力发电机的内部流场进行了模拟分析,总结了使用CFD数值模拟方法对垂直轴风力发电机空气动力学性能进行计算的一般流程,使用2D CFD技术分析了垂直轴风力发电机在运行过程中的流场特性和风轮特性,揭示了垂直轴风力发电机在运行过程中获取气动转矩的一般规律,使用3D CFD技术准确求解了垂直轴风力发电机的空气动力学性能,结合实验测试的方法对CFD数值模拟方法进行了验证,证明了计算结果的可靠性。在对H型垂直轴风力发电机运行过程中气动转矩获取机理研究的基础上,论文采用变参数法应用CFD数值模拟方法研究了风轮的关键参数对其气动转矩获取的影响,得到了叶片弦长、风轮半径以及风轮叶片数目对风轮风能利用率影响的一般规律,为垂直轴风力发电机的空气动力学设计提供了依据。考虑到H型垂直轴风力发电机风轮叶片运行到风轮回转区域时由于气动阻力的影响产生较大的负转矩从而影响整个风轮的转矩输出,文章采用添加挡流板结构的方式对垂直轴风力发电机的空气动力学性能进行了优化,并通过CFD数值模拟方法分析了挡流板各个参数对风轮气动性能的影响。结果表明:添加了适当参数的挡流板装置后,由于挡流板尾流区域的风速较低,处于风轮回转区域的叶片运行至挡流板尾流区域时作用在叶片上的气动阻力将大大减小,整个风轮的气动转矩得到很大提升,风轮的空气动力学性能得到了很大改善,在本文的研究中风能利用率最大可提升36%,为垂直轴风力发电机的发展提供了新思路。