随着社会的发展,现今对能源的需求在不断增加,由于对环境污染的担忧,开发和利用新能源,特别是可再生能源,已成为当今世界各国的紧迫任务。风能作为一种可以规模化使用的可再生能源已经受到广泛的重视。风能主要由风力机来进行采集发电。风力机分为水平轴风力机(HAWT)和垂直轴风力机(VAWT),水平轴风力机由于技术较为成熟而被广泛应用。随着研究实践的深入,垂直轴风力机也因其众多的优点而被重视,开发性能优良的垂直轴风力机也被很多风力机厂商提上日程。而风力机的核心部件-叶片占到了风机制造成本的1/3,其空气动力学性能也直接影响到了风机整机的风能转化效率。正是基于此,本文旨在利用CFD数值模拟方法对垂直轴风力机展开气动设计。本文归纳了垂直轴风力机的不同发展历程,介绍了计算流体动力学方法(CFD方法)在垂直轴风力机叶片设计中的应用,总结了影响风机空气动力学性能的主要因素,即叶片翼型、尖速比、密实度、叶轮形状等。同时,归纳了CFD软件(FLUENT)的数学理论基础以及CFD数值模拟的求解过程。采用CFD方法对翼型进行数值模拟计算,得出了性能较为优越的翼型。使用该翼型对风力机叶片进行二维建模,并采用CFD方法对二维模型进行数值模拟。比较不同参数下风力机的风能转化系数和不同参数下的流场分布,得出了不同参数下风轮的风能转化系数分布规律以及流场变化规律。利用二维数值模拟的结论设计出额定功率为100kW的垂直轴风力机叶片,并对其做三维CFD数值模拟,对风力机的功率进行校核。论文的研究成果有着很好的工程应用价值,并对垂直轴风力机的气动设计有着重要的指导意义。