随着全球变暖、化石能源枯竭、环境污染及国家能源战略安全等问题的日益严峻,发展新能源科学与技术已为各国所重视。风能取之不竭用之不尽,较之其他新能源,风电的度电成本最低。风力机是一种将风能转化为电能的流体机械,按其工作原理和结构形式主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机。目前在大型化的发展中,商业化应用程度最高的水平轴风力机面临以下技术挑战:疲劳损伤、叶片非线性变形及叶片结冰等。而垂直轴风力机因其固有的结构特点,可较好地克服以上问题并具有低成本、无需对风、噪声低、运行稳定、适合大型化、安装维修方便及对生态环境友好等优点。然而,因垂直轴风力机气动性能较差,故垂直轴风力机亟待流动控制技术改善其流场结构和气动性能。为此,本文针对流动控制效果较好的15种流动控制技术应用于垂直轴风力机并在相同环境条件下进行数值对比研究,在验证计算方法、湍流模型、网格分布及时间步长等数值参数的确定基础上,增加了支撑杆阻力矩模型,研究了格尼襟翼、凹槽格尼襟翼、单侧导流式翼缝、双侧导流式翼缝、非圆弧形翼缝、子母式前缘缝翼、垂直轴风力机专用前缘缝翼、非定常吹气、定冲程长度合成射流及变冲程长度合成射流对垂直轴风力机气动性能和流场结构的影响,其对比结果可为垂直轴风力机的相关流动控制技术发展提供一定参考。主要工作和结论如下:1.基于NACA0021的三叶片直线翼垂直轴风力机(Straight-Vladed Vertical Axis Wind Turbine,SB-VAWT)的数值模型,验证了数值模型的可靠性并进行结构优化,为施加流动控制技术的SB-VAWT提供最优的数值模型。2.为探究格尼襟翼(Gurney Flap,GF)加装于垂直轴风力机叶片外侧、内侧及双侧的效果,建立六种GF叶片模型:外侧GF、内侧GF、双侧GF、外侧凹槽GF、内侧凹槽GF及双侧凹槽GF叶片。通过CFD方法对比研究了不同GF对SBVAWT气动性能和流场结构的影响,为SB-VAWT应用格尼襟翼提供了参考。3.为叶片吸力面边界层提供更多动能,提出三种翼缝模型,包括:双侧导流式翼缝、朝外导流式翼缝及朝内导流式翼缝。建立了包括非圆弧形翼缝在内的四种翼缝叶片模型。对比研究了四种翼缝叶片对SB-VAWT气动性能和流场结构的影响,为翼缝叶片的优化设计提供了重要参考。4.根据航空航天中的前缘缝翼设计原理,提出并建立两种前缘缝翼:子母式缝翼和垂直轴风力机专用前缘缝翼。在设计时发现子母式缝翼无法有效控制流向,因此提出了一种具有喷管效应的垂直轴风力机专用前缘缝翼,但其在下游区性能较差,因此进一步设计并研究了伸缩式前缘缝翼。5.根据垂直轴风力机叶片有效攻角随方位角大幅变化这一特性,本文为吹气射流激励器和合成射流激励器提出了4种适用于这种特性的控制策略并将激励器安装于翼型尾缘,控制策略可使SB-VAWT在不损失提升风能利用系数效果的同时,可有效减小耗气量和耗电量。对比分析两种激励器的流动控制效果,其结果为射流控制技术在垂直轴风力机中的应用提供了重要参考。