随着海上风电技术的逐渐成熟，近海岸浅水区域的固定式基座海上风电得到了快速发展。为了充分利用海上风能资源，目前欧洲国家已经开展浮式海上风电的研究和实验，所提出的漂浮式风电方案主要以水平轴风力发电机为对象进行的浮式基础设计，但随着风机功率的逐渐增大，风机重量、尺度非常大，需要庞大浮式基础承担；同时由于水平轴风力发电机相互间干扰较大，一套基础只能解决一台风机的安装，且海上抗风浪能力差，风电场的建设成本将难以承受。本文尝试以垂直轴风力发电机为对象，设计一种全新的集群式漂浮式风力发电机系统，以减小海上浮式基础成本，增强其抗风浪能力。为达到这一目标，必须开展垂直轴风力发电机流体性能研究，探索垂直轴风力发电机机群间流场相互干扰规律。本文首先根据工作环境和要求，提出垂直轴风机设计方案。为了提高其风能利用率，设计了一个变桨机构，使叶片在旋转圆周上的任意位置都保持最佳的攻角。并利用MATLAB软件比较和分析了风机在变桨前后输出力矩的变化以及叶片攻角的改变。结果表明采用变桨后，风机叶片在上风向的力矩最高可提高25%,同时减小在在下风向的阻力力矩。本文利用嵌入式滑移网格技术对处于均匀来流中的单台风机开展数值模拟，来研究和分析垂直轴风机的流体性能。借助模拟结果分析了风机周围速度场和压力场的分布情况以及每个叶片的具体受力情况。结果表明，采用嵌入式滑移网格技术模拟能较好地反映变桨距垂直轴风机旋转过程的流场。由于实际风场在不同高度上流速存在差异，本文又对处于垂向非均匀来流单台风机进行了模拟，其进口速度在高度方向上呈梯度变化。模拟结果表明：叶片所受到的压力沿展向呈对称分布，而沿横向压力变化具有多样性；由于考虑了三维叶尖损失的影响，因此能更准确的反映风机的垂向流体性能；随着高度的增加，尾流扩散区的长度也在逐渐增大。为了研究集群式垂直轴风力发电机群间流场相互干扰规律，通过对其间距从100米到600米六个不同间距下对处于均匀来流下的六边形布置的六台风机机群的流场展开模拟。模拟结果表明：集群式垂直轴风力发电机机群在小间距存在有利干扰，且干扰随着风机间距的增加而减小；从100米到600米，其整体平均输出力矩影响在11%以内；在某些特定条件下，间距为400和600米时，流场存在有利干扰，平均输出力矩有所回升。