近些年来,在能源枯竭和环境恶化的双重压力下,清洁能源受到了前所未有的关注,进而得以迅速发展,这其中风能产业尤为突出。风力发电机主要分为水平轴和垂直轴两种,垂直轴风力机因为气动性能较低,未能像水平轴风力机一样实现大规模商业化应用,尽管如此,垂直轴风力机以其无需对风、结构简单等独特优势仍然吸引了国内外学者的广泛关注,本文对翼型为NACA0012的垂直轴风力机进行研究,0°～180°为风力机上风区域,上风区域为风力机主要做功区域,在此区域内,外表面压力大于内表面压力,进而形成升力,推动叶片做功,为了减缓叶片外表面气流速度,改善内外表面压差,优化风力机气动性能,故将粗糙带布置于叶片外表面。通过风洞实验和数值模拟结合的方式来进行研究,并分析粗糙带对风力机气动性能的影响。本文主要进行以下几个方面的研究:(1)将粗糙带布置于翼型外表面后部0.1～0.6C范围内,以安装角、粗糙元高度和间距高度比作为三个因素设计正交试验,进行风洞实验,直观地得出粗糙带对风力机功率的影响,并确定适合布置粗糙带的最佳叶片安装角,较为合理的粗糙元高度和间距高度比。(2)为了精确、系统地研究粗糙带对风力机的影响,以风洞实验的结果为依据,设定了更加合理具体的粗糙带尺寸,对网格进行了无关化验证,运用风洞实验结果对计算模型进行了验证,然后进行数值模拟计算。(3)为探究粗糙带对风力机动态气动性能的影响,计算了转矩系数和功率系数在不同叶尖速比下的变化以及不同方位角下风力机转矩系数的变化情况,然后对典型方位角下的流场进行分析,进一步明确粗糙带影响风力机气动性能的内在机理。(4)为探究粗糙带对风力机静态起动性能的影响,在三种不同风速下,分别计算不同方位角下风力机转矩系数的变化情况。然后同样结合流场分析其内在机理。研究结果表明,(1)间距高度比无明显规律可循,总体来看间距高度较大时效果较好;粗糙元高度为1 mm时效果最好,同时粗糙元高度对风力机Cp值的影响比间距高度比大。(2)因为数值模拟在风洞实验基础上进行,故布置粗糙带对风力机输出特性和起动性均有明显改善,转矩系数和功率系数均得到不同程度提升,6 m/s风速时,风力机起动转矩提升幅度最大,(3)叶片布置粗糙带后可在特定方位角下改变叶片上下表面的压力分布情况和空气流动状况,提高风能利用率,改善了该方位角下风力机输出特性,进而提升整个风力机的气动性能。该研究通过风洞实验和数值模拟结合的方法来探究粗糙带对风力机气动性能的影响,结合流场分析了粗糙带提升风力机输出特性的内在机理。为通过翼型优化来改善风力机气动性能提供了一种新的方法。