能源是人类社会发展的动力。随着全球经济的迅猛发展,大量的煤、石油、天然气等化石能源被消耗掉,使得人类面临着前所未有的能源危机和环境威胁,能源和环保已成为目前亟待解决的重大问题。风力发电技术作为除核电外,技术最成熟、最具开发条件和发展前景的可再生能源发电方式,逐渐受到各国政府的高度重视。垂直轴风力发电机由于结构简单、无需对风等优势,逐渐受到人们的广泛关注。然而现有的H型垂直轴风力机的风能利用率较低,一般仅为30%~35%,但根据最新的双致动盘理论得到的垂直轴风力机的风能利用率高达64%,因此垂直轴风力发电机有很大的发展空间。为了提升H型垂直轴风力机的捕能效果,论文首先阐述了风力机的基本理论和相关概念。根据影响垂直轴风力机气动性能的参数,重点从改变翼型、设计基于风能自身作用的叶片自动变攻角装置和改进支撑杆结构等方面进行了研究,并对提高风能利用系数提出了改进措施。针对H型垂直轴风力机,利用正问题设计方法得到了一种新的叶片翼型。利用Profili软件对比了新旧翼型的气动参数,指出新翼型的升阻比是原始翼型升阻比的1~2倍;采用Fluent流体仿真软件对比分析了两种翼型周围的速度分布和压力分布,验证了新翼型的优势,同时模拟了风轮在同一方位,不同叶片安装角下的外流场。建立了叶片攻角与安装角之间的关系,得出风轮旋转0°~180°和180°~360°范围内叶片最佳攻角分别为7°和0°。在此基础上设计了一种基于风能自身作用的叶片自动变攻角装置。该装置主要由曲柄滑块机构、凹槽凸轮机构和轴承等组成,能通过改变安装角实现各个叶片在旋转过程中时刻处于最合理攻角状态。采用嵌入式EMRF模型,分别模拟了变攻角前后的风轮周围流场,证实变攻角后风轮驱动力明显提高。综合考虑风轮的自启动特性和运转过程中的稳定性,基于风杯式阻力差风力机的结构和离心作用,设计了一种阻力型支撑杆,并对装有阻力型支撑杆的风力机进行了风洞试验。试验结果显示,使用新设计的阻力型支撑杆,风力机的自启动能力有明显改善。更为重要的,当风速短时间内变化时,风轮仍能维持相对稳定的转速。