世界经济的快速增长对能源的需求量越来越大，这给自然环境和能源供应带来了双重压力。有限的不可再生的化石能源和严重的环境污染问题使得世界各国高度重视可再生能源的开发利用。而风能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源具有良好的应用前景和开发潜力。目前，风力机发电是风能利用的主要形式。风轮是风力发电机产生动力的关键部件，它的风能转换效率的高低直接影响到风力机的性能。 本文在了解国内外风力发电机研究理论的基础上，系统总结了几种垂直轴风力机经典理论和设计方法并分析了各自的特点。提出一种不同于以往风轮的新型垂直轴风力机风轮——三叶风能传递腔式风轮，并应用空气动力学、流体力学理论，结合风力机理论，对其进行了结构设计和性能分析。运用计算流体力学CFD软件模拟风轮的流场，对新型风轮的流场特性进行了初步的仿真研究。为了验证理论计算和仿真结果，开展了风轮动力学性能和流场模拟试验。得出的主要结论有： 1. 证明利用三维CAD软件建立风轮几何模型是一种合理的建模方法。 2. 采用非结构的四边形网格，并在搭接竖板及气流通道口处细化网格，增加计算结果的精度，得到更为准确的仿真结果。 3. 仿真结果表明无论叶片处于任何角度，其叶尖处的速度矢量均发生改变，大小、方向随叶片的迎风位置而定；随着风轮的旋转，叶片周围的绕流特性发生变化，且气流通道附近的风压变化较大。 4. 实验结果表明叶片旋转到风轮轴转矩最大时，风轮的凹面腔作为工作面时都处于接收风能的最大态势。 这些研究结果对新型垂直轴风力机进一步开发具有一定价值和指导作用。