无叶片风力机是通过其捕能柱涡激摆动来捕获风能,并通过能量转换装置转化为电能等可用能源。为探讨无叶片风力机捕能柱涡激摆动特性及能量捕获效率,本文基于计算流体动力学-刚体动力学耦合的方法,对圆柱型捕能柱、锥台型捕能柱及无叶片风力机变固有频率系统展开了数值模拟研究。论文的主要研究工作如下:(1)采用控制变量法,针对无叶片风力机影响参数设计了三种数值计算对比分析方案。在所研究的阻尼比(0.04???0.1)与质量比(10?m~*?40)范围内,涡激摆动峰值摆幅及最大能量捕获效率均发生在频率比f~*?1的位置;减小系统阻尼比和质量比可提高捕能柱峰值摆幅和最大能量捕获效率,而提高系统固有频率可提高捕能柱峰值摆幅和最大能量捕获效率;柱体的峰值摆幅与雷诺数有关,雷诺数越大峰值摆幅越大;捕能柱在涡激摆动过程中随柱体高度的变化产生不同程度的斜涡脱落,对其涡激摆动频率“锁定”现象具有一定影响。(2)在保持底部直径及壁厚相同的条件下,对不同锥度比(α=0～0.08)捕能柱展开了流固耦合研究。捕能柱峰值摆幅随锥度比的增加呈相对稳定随后逐渐增大,而能量捕获效率随锥度比的增加先减小后增大;捕能柱横向摆动的主频锁定区域随锥度比的增加相对变宽,且仅当主频成分较接近系统固有频率时其摆幅才有较大提升;在峰值摆幅下捕能柱摆动角度与升力矩相位差在90°附近,而在初始分支区间接近同相,下端分支区间接近反相;在锁频风速下,锥台型捕能柱尾涡脱落频率随高度方向的变化相比固定绕流及非锁定状态下较小。(3)对非线性回复力矩捕能系统的固有频率进行了理论分析,并对不同捕能系统展开了数值模拟研究。非线性回复力矩捕能系统函数的斜率控制系统的固有频率,且回复力矩非线性化程度越大系统固有频率的变化速率越快;当变固有频率系统的固有频率初始值小于定固有频率系统时,捕能柱峰值摆幅和能量捕获效率随回复力矩非线性化程度的增大而减小,且对应的风速向较小雷诺数方向推移;在变固有频率捕能系统中,捕能柱横向涡激摆动次频分量带宽增加,选择恰当的变固有频率系统可增加柱体主频率锁定区间和高摆幅区间。本文对无叶片风力机捕能柱涡激摆动特性及能量捕获效率进行了仿真研究,可为捕能柱的结构设计及无叶片风力机系统参数的设计提供指导。