垂直轴风力机具有构造相对简单,无需对风的优点,这使得许多研究学者开始对该类型风力机进行深入研究。随着风力发电机越来越趋向于大型化,风轮的质量与其所受的气动载荷也随之增加,这对风轮的结构强度来说是一个巨大的挑战;同时,垂直轴风力机叶片风剪切等非定常流动特性相比水平轴风力机叶片更为显著,传统的叶片气动载荷经验模型会导致较大的误差。本研究针对某6MW H型垂直轴风力机在紊流风场中的气动载荷数值模拟分析方法以及H型风轮结构形式与强度特性进行研究,以保障该类结构的安全稳定运行。首先根据叶片翼型结构及其气动参数的特性,结合叶素动量理论,揭示了H型垂直轴风力机的主要运行原理,并详细说明了风力机相关气动特性参数的定义。详细介绍了计算流体力学(CFD)以及流固耦合分析的理论基础,说明了数值模拟过程中用到的滑移网格技术的运作原理,并确定了数值仿真是否收敛的评价标准,为本文的研究分析提供依据。以某研发制造阶段的H型垂直轴风力机作为研究对象,使用Profili软件与Solidworks软件,根据相似准则分别建立了风轮的二维和三维流场模型,以及对应的结构模型。通过Ansys有限元分析软件建立风轮结构有限元模型。通过Icem软件对流场模型划分网格,并进行了网格无关性验证。针对该H型风轮叶片采用的NACA 0018翼型,用Fluent软件的不同湍流模型计算其升力系数。对比计算结果得知,三者的仿真数值与风洞实验数值的吻合程度由小到大依次为:RNG k-?模型、Realizable k-?模型、SST k-?模型。根据计算结果确定了适用于流固耦合分析的湍流模型。采用二维风轮流场模型探究H型垂直轴风力发电机的气动性能,发现拥有最大启动力矩时该风力机所处的方位角。对风机运行过程的探究得知,随着风力机尖速比的增大,其风能利用率先逐渐增大至最大值后又逐渐减小。根据仿真分析得到的各个工况的边界条件,利用搭建好的三维流场网格模型与其结构有限元模型,分别在启动工况、额定工况、极限工况下进行单向流固耦合,对风轮的结构强度进行了校核。研究工作对该类型垂直轴风力机的研发制造和安全稳定运行具有较重要的工程应用价值。