自从国家接连发表十二五和十三五规划以后,传统化石能源发电的衰落与对于加强环保的需求使得大力发展新能源成为一种全新趋势。其中风能兼具清洁绿色、蕴藏量大、成本低廉且便于利用等优点。垂直轴风力机在主要市场上难与水平轴风机抗拒,多用于中小型风机和风向紊乱风场,它具备不需对风向,方便维修且经济性较强等优势,受到了社会的普遍关注。螺旋型叶片的垂直轴风机的优点是风轮在整个旋转过程中力矩平均分布,并且没有起动死角,本文以螺旋型垂直轴风力机为模型,主要从气动性能和结构性能两个方向对风轮进行研究并优化,在风力机基本原理与运行过程的基础上,首先利用Gambit建立三维模型,在Fluent内进行模拟仿真,针对目前风轮启动风速过高以及风能利用率低下的缺点,分别在不同工况下对比研究叶片在添加叶尖小翼前后的风力机压力场、速度场、涡流曲线的变化趋势,计算分析叶片在安装不同样式叶尖小翼前后力矩、功率输出曲线的变化。接着研究垂直轴风轮的结构载荷与稳定性,首先利用力学计算分析了风力机几个部件叶片主梁、支撑臂、旋转主轴的受力情况,再利用ANSYS Workbench进行静动力学分析,从而确定风机各部件的材料以及参数大小,并进行验证强度和刚度是否满足条件,最终对整机进行模态分析,确定风轮的各阶频率和振型,进行风轮整机的优化以防止风轮在运行过程中发生共振。本文旨在为螺旋型垂直轴风力机优化设计和工程应用提供参考,将理论和数值模拟方法相糅合,从气动和结构两方面出发考虑,为风力发电机更好的适用于中低风速且风向紊乱的环境提供了一些有效的参考方法。