H型垂直轴风力机凭借其运转不依赖于相对风向、对湍流适应性好以及在风力较小且不稳定的地区发展空间更好等优点,得到越来越多专家学者的关注,且在农牧区、海岛等偏远地区的中小型微并网发电系统中的应用也日益增多。但是,其较低的单机风能利用率及其在风电场中的阵列分布影响了风电场的总发电量。因此,针对H型垂直轴风力机的气动性能及阵列分布展开研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以风能利用率最大为设计目标,进行钝尾缘风轮的几何外形优化设计;研究H型垂直轴风力机的远场尾流特性,并修正高斯尾流模型;基于高斯尾流修正模型,对风电场中风力机组的阵列分布进行优化。主要研究工作及成果如下:(1)根据气动设计理论,计算H型垂直轴风力机风轮的几何尺寸;采用中弧线-厚度函数构造与坐标旋转-缩放变换相结合的方法,构建钝尾缘翼型型线参数化表达式;建立钝尾缘风轮的几何外形优化设计模型,并采用粒子群算法耦合CFD软件进行求解;建立初始风轮、钝尾缘风轮以及与钝尾缘风轮具有相同尺寸的尖尾缘风轮的气动数值计算模型,研究三者的功率系数、压力系数和涡量分布的变化规律并比较分析。结果表明:优化后的钝尾缘翼型增大了叶片在大部分方位角下的压差,并使尾流涡减弱,能量损失降低,风轮的风能利用率明显提高。(2)通过分析不同尖速比、叶片数下的H型垂直轴风力机钝尾缘风轮的尾流分布,获得风轮尾流特性随尖速比、叶片数变化的规律;采用多种函数相结合的曲线拟合方法修正高斯尾流模型,基于此修正模型预测不同来流风速下钝尾缘风轮的尾流风速并与FLUENT数值计算、高斯尾流模型预测的结果比较分析。结果表明:修正的高斯尾流模型具有较好的可靠性,提高了尾流预测的精度。(3)采用二进制字符串表示风电场中风力机的分布位置,基于高斯尾流修正模型,利用粒子群算法进行风力机组阵列分布优化。结果表明:风力机多分布于沿顺风向的风场上、下两侧,降低了尾流效应的影响和风电场的单位发电量成本;风电场的总发电量可满足离网家庭的基本用电需求,为小型垂直轴风力机微并网系统的微观选址提供了参考。