传统化石能源的有限以及使用带来的环境问题迫切需要清洁干净、可持续的新能源来代替,利用无污染、可再生且总量丰富的风能进行风力发电已经成为解决问题的的重要手段之一。利用聚风型风力发电技术,结合防风林林带上方的聚风效应、以及垂直轴风力机的启动风速要求低、无需对风偏航装置、结构安装简单、噪音小的优点,本文提出一种将垂直轴风力机安装在林带上方合适的聚风位置进行风力发电的构想。既能利用防风林林带的聚风效应,增强垂直轴风力机的发电特性,又能利用垂直轴风力机转化林带上方的风能,减缓林带后方风速的恢复,增强林带的防护效应,提高林带的有效防护区域。根据垂直轴风力机和防风林带的流体运动特性,本文选择了Realizable6)-模型作为求解模型。通过将林带处理为多孔介质模型,利用UDF编译林带入口风速以及林带阻力源项,建立了防风林带的流场,比较和分析了不同林带宽度下林带高度内的防风效应和林带上方的聚风效应。基于防风林带的聚风效应和风机安装成本考虑,确定了风机的最佳安装位置,利用滑移网格技术,建立了基于防风林带聚风作用下的垂直轴风力机流场,比较和分析了不同叶尖速比下的垂直轴风力机的发电特性。结果发现:(1)不同林带宽度下,同一高度上林带风速变化规律是一致的;(2)不同林带高度下,林带的有效防护距离随林带宽度变化的规律一致,林带宽度从0.05H增加到2.5H时,林带有效防护距离先增大,后减小,之后开始稳定,在林带宽度为1.0H时,林带的有效防护距离最大;(3)不同林带宽度下,林带上方不同高度的风速变化规律基本一致,林带高度从1.25H增加到1.75H时,林带上方聚风出现的最大风速值的增加速率是最大的,结合垂直轴风力机的安装成本以及风速增加比,本文选择在林带上方竖直高度为1.75H处安装垂直轴风力机进行风力发电;(4)随着叶尖速比的增大,风力机单个叶片的最大转矩系数出现的方位角增大,风力机在叶尖速比为2.5的时候,Cp取得最大值;(5)林带上方的聚风效应虽然使得风速增加,但只有在林带宽度为1.5H、叶尖速比为2.5时,风力机的Cp比无林带时高,其他林带宽度和叶尖速比下,Cp均比无林带时的低;(6)不同林带宽度和叶尖速比下,有林带聚风作用下,垂直轴风力机的可发电量明显高于无林带下的可发电量,在本文选用的垂直轴风力机参数下,当叶片高度为500mm,叶尖速比为2.5时,1.5H林带宽度下的可发电量达到68.7W,相比无林带时的可发电量31.1W,提高了1.2倍,可发电量提升明显。本文所建立的模型及方法有助于防风林和垂直轴风力机的数值模拟研究,为增加防风林林防护效应提供一种新的方法的同时,也为垂直轴风力机的聚风发电技术与自然物的结合提供了一个新的应用方向。