在碳中和、碳达峰的大背景下,风电、太阳能、核电等可再生能源技术日益引起各国政府的关注。其中,风力发电技术作为开发利用风力资源的最主要技术手段在全球各地被广泛使用。目前,常见的风力发电形式大致分为两类:水平轴风力发电和垂直轴风力发电。其中,垂直轴风力机具有构造简单,工作中不依赖风向,便于维修以及成本较低等诸多优点。如能进一步提高其风能利用率,降低其发电成本,对于促进风力发电的发展和应用具有重要意义。因此,研制高效的垂直轴风力机非常必要。为了降低阻力型风力机逆风侧负转矩对风轮效率的不利影响,本文提出了一种叶片可翻转的新型垂直轴风力机。首先从理论上,建立了叶片翻转式风力机叶轮运转的数学模型,从叶片转动速度、叶片翻转角度、叶片静态力、叶轮静态力矩、叶轮动态力矩、叶轮输出功率、叶轮风能利用率等方面探讨了叶片翻转式风力机的工作特性。其次,通过建立单叶片CFD仿真模型,分析了叶片方位角、翻转角、长宽比等因素对叶片气动性能的影响。通过建立多叶片CFD仿真模型分析了叶片之间的遮挡对流场参数分布的影响,通过仿真研究确定了后续实验风力机的结构参数,如叶轮半径、叶片尺寸等。最后,搭建了翻转式垂直轴风力机转动特性测试风洞实验台,得出了该新型风力机叶片的出力规律以及主要参数对叶轮的输出特性的影响,并与理论和仿真结果进行了对比。本文研究为叶片翻转式风力机的研发提供了一定的理论基础,对于研制其他高效垂直轴风力机也具有一定参考价值。