垂直轴风力机具备万向受风、维修成本低、气动噪声小等优点,但由于其启动性能与风能利用率的问题导致其在实际工程中的应用受到了很大的限制。通过将垂直轴风力机转移到海上风环境内工作并选择Φ型作为风力机的结构形式可以有效地解决启动性能差以及风能利用率低的问题。但是漂浮式Φ型垂直轴风力机的气动性能十分复杂,因此,针对漂浮式Φ型垂直轴风力机的气动性能的研究具有十分重要的价值与意义。采用CFD方法研究了漂浮式Φ型垂直轴风力机的气动性能,对比验证了IDDES SST k-ω湍流模型下的风能利用率模拟结果。结果表明,同实验值相比,IDDES SST k-ω模型对Φ型垂直轴风力机的风能利用系数模拟较为准确,风能利用率随叶尖速比λ的增大而逐渐上升。Φ型叶片端部截面由于切线速度较小容易发生动态失速。流场区域内的涡量在不同位置随λ的变化规律不同。研究了平台纵荡运动对风力机的空气动力荷载,归纳总结了风力机尾部流场特征规律。结果表明,平台纵荡运动扩大了叶片的扭矩与压力差的同时增大了结构载荷与疲劳;随着振幅的增大与周期的减小,纵荡运动变得剧烈,叶片与气流的相互干扰效应也增强,叶片上气动荷载增加,不利于结构的安全稳定。研究了平台纵摇运动与纵荡运动的区别与联系,重点分析平台纵摇下风力机叶片不同高度截面的压力系数变化,精细刻画了风力机尾流流场细节。结果表明纵摇运动分解得到的类纵荡运动与纵荡运动对风力机的气动性能的影响相近,类升沉运动对风力机的影响十分有限。纵摇运动下叶片上、中、下截面压力系数差异较大,且能量耗散的速度比纵荡运动更慢。纵摇运动下风力机的各项气动性能参数缩小效应较为明显。研究成果为海上风电场布局优化、现有海上风力机的维修加固和新型海上风力机的设计选型提供了重要的参考依据,有助于推动垂直轴风力机未来的优化及应用。