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随着化石能源的日益短缺,提高清洁能源的利用率和可应用性,成为当前紧迫的任务;风能作为最理想和最有潜力的清洁能源之一,提高风能利用率受到很多国家的关注。为提高风能利用率,扩大风力发电系统的风速利用范围,提出一种可以沿轨道移动的集风装置,重点对其集风性能进行研究。基于连续性方程和伯努利能量方程,考虑收缩管移动时开槽缝隙的影响,对连续性方程进行修改,建立集风装置收缩管内截面速度模型,来描述风速变化在装置内部的动态特性。以NE-200风力机叶片和塔筒直径等数据为参考进行数值计算,结果表明正向风情况下移动式集风装置可以减小其内部的风速波动,增加风能利用率和扩大发电系统的风速利用范围。基于桨叶坐标系和叶素坐标系对侧向风进行速度分解,分析速度分量的时空变化规律。分析集风装置收缩管对轴向风速的影响,建立侧向风情况下集风装置内的风速模型,来研究侧向风情况下集风装置的性能表现;数值计算结果显示风向偏角小于收缩管倾角时,移动式集风装置能使风力机处风速变化的平滑性得到改善,装置内的风速波动减小。根据经典的叶素-动量理论,研究侧向风对集风装置内风力机的气动影响。分别分析正向风和侧向风情况下装置内风力机的气动模型,分离出对风力机叶片气动影响的附加项,数值计算说明侧向风引起的轴向推力对叶片有局部性冲击。基于上述理论研究,进行气动特性实验和风力机输出功率实验,结果验证了移动式集风装置中风力机截面风速模型的正确性,同时证明移动式集风装置优良的集风性能。