升力型垂直轴风力机的工作原理与水平轴风力机的工作基本原理相同,相较于水平轴风力机、具有结构简单,无需对风等优点。由于叶片约有半周期处于尾流中,使得风力机的整体效率较低,相对于水平轴风力机其应用较少,对其流动机理的理论研究也较为滞后。近年来,随着多流管理论和数值模拟等研究手段的进步,垂直轴风力机的研究越来越受到重视。在风力机外围安装导叶、挡板等辅助机构,能够有效改善垂直轴风力机的气动特性。进一步研究分析整流挡板等辅助机构对风轮流场的影响机理,对于升力型垂直轴风力机的研究开发,意义重大。本文利用滑移网格技术,RNG k-ε紊流模型对垂直轴风力机进行二维数值模拟研究。从微观和宏观角度分析讨论导流对直叶片升力型垂直轴风力机叶片和叶轮流场,压差分布、力矩输出等方面的变化,探索提高风力机整体气动性能的有效途径。(1)本文首先从理论角度分析了直叶片升力型垂直轴风力机的工作原理。介绍数值模拟过程中运用到的物理模型、湍流模型、边界设置等计算方法。利用数值计算结果对单个叶片、叶轮的速度场、压力分布和输出转矩等流场特性进行系统理论分析。研究不同转速条件下(叶尖速度比),风轮的输出力矩,探索最佳运行工况,最后确定风力机的旋转速度为150r/min,叶尖速比为1.96。同时,与同类型垂直轴风力机的实验数据对比分析表明,数值模拟技术可行、精度可靠。(2)对安装导流板前后的升力型垂直轴风力机进行数值模拟计算。分析导流板对风力机内外流场的影响。在同一工况下从叶轮速度场分布、单个叶片压力场分布、叶片表面压差、叶片和叶轮输出力矩等角度对比分析导流板对风力机气动性能的影响。(3)采用控制变量法研究导流板出口与旋转叶轮的横向距离、纵向距离及导流板出口角对风力机的气动性能影响,对每种控制条件下,设置五种不同的方案。分析各种方案下的单个叶片、叶轮输出力矩特性,最终获得横向距离为60-100mmm之间、纵向距离为100-150mm之间,导流板出口角为20。-30°的优化方案。并对不同方案条件下的增效原理进行分析。