本文重点研究垂直轴风力机的气动性能、任意回转面叶栅流动特性以及叶型优化设计。具体内容分为三大部分:第一部分,研究垂直轴风力机的气动性能。首先采用Fluent商用软件,从物理时间步长、远场边界等影响因素考虑,得到高精度的垂直轴风力机非稳态数值计算方法。在此基础上,分析叶片数、叶片弦长、叶片安装角、叶型等几何参数的选取对垂直轴风力机非稳态流场流动特性的影响。然后基于流管理论,引入能量损失模型,研制垂直轴风力气动性能计算程序,应用该程序进行计算,所得结果与数值计算结果作比较,结果表明:两种方法的计算结果一致性良好,相互验证了计算结果的准确性。第二部分,采用Bladwin-Lomax紊流模型和有限体积法对任意曲线坐标系下N-S方程空间离散,并添加局部时间步长和残值光顺加速收敛技术,自主研制任意回转面叶栅流场计算软件。采用NUMECA软件验证了自主研发的流场计算软件计算结果的可靠性,并采用该软件分析亚声速流动和跨声速两种任意回转面叶栅的流动特性。第三部分,基于已有优化设计平台,采用并行遗传算法和附加修改量的叶型参数化方法,研制任意回转面叶型优化设计软件。应用该软件分别对压气机亚音和超音两种叶型进行多目标优化(压比、损失和叶型面积)的优化设计,结果表明,优化叶型的气动性能均优于初始叶型,同时验证了该任意回转面叶型优化设计软件的高效性。