CDIO工程教育是培养创新精神、动手实践能力的一种先进教育理念。通过改进现有垂直轴风力机发电模式,将CDIO教育理念运用于液压传动和机电信息检测教学与实践中,创新性地提出了塔架式多级高效垂直轴风力发电模型。在此基础上,利用电动机代替风轮,搭建了基于液压传动与控制的风力机高效发电虚拟教学实验平台,可以测试多种参数,满足了实验教学要求。该教学平台的建立,有效地提高了学生对液压传动和多传感器信号采集知识的认识和理解。

在全面分析垂直轴风力发电机主轴结构和受力的基础上,运用ANSYS Workbench建立垂直轴风力发电机主轴的参数化有限元模型。以主轴的强度和刚度为约束条件,以主轴质量最小为目标。对主轴的内径、支承跨距、轮辐与支承的距离和轮辐跨距进行了优化计算。并对优化前后结果进行了对比分析。计算结果表明：垂直轴风机主轴结构优化后,在保证各项力学性能的前提下,主轴质量得到较大幅度的减小。从而降低了主轴的生产成本,提高了垂直轴风力发电机的市场竞争力。

对于湍流的计算一直是流体力学领域的难点,而垂直轴风力发电机周围流场的湍流非常复杂,对其CFD仿真模拟选取湍流模型一直各抒己见。选取目前使用最为广泛的SST k-ω、Realize k-ε、RNG k-ε和标准k-ε湍流模型进行CFD仿真,模拟双叶片直线翼垂直轴风力发电机的叶片表面压力分布和单叶片转矩系数,并与采用高速多点压力测量仪和力矩传感器测量的实验数据进行对比分析。其结论为,在叶片失速区,采用标准k-ε和Realize k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验值拟合度很低;当叶片处于深度失速区时,采用RNG k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验结果拟合度最高,而在轻失速区时,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。从单叶片转矩系数角度分析可得,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。

文中结合垂直轴风力发电机的结构特点和受力特征以及实际发电量的需求，以SolidWorks三维建模软件为基础，建立垂直轴风力发电机叶片的三维模型。再利用ANSYS对之进行静态特征仿真计算，求出垂直轴风力发电机叶片的应力与应变情况，然后依据叶片的应力与应变状态优化叶片的尺寸和结构，使之达到既满足强度条件又满足结构简单和材料最省的目的。

随着传统化石资源的枯竭,绿色、环保、可再生的风能引起了人们的关注.风力机是把风能转化为电能的有效装置,与水平轴风力发电机相比,垂直轴风力发电机组有着诸多的优越性.国内关于垂直轴风力机的大部分研究集中在空气动力学特性方面,取得了一定的进展.文中主要阐述垂直风力发电机的发展历史及研究现状,对人们了解垂直轴风力发电机有所帮助.

垂直轴风力机是目前风力发电事业风力机的重要研究方向。垂直轴风力机在某些关键技术方面可能能够很好的解决水平轴风力机目前所要面临的问题,如整个系统的结构稳定可靠性、风能利用率较高和环保效果好等方面,因此吸引了大量研究者的关注。主要是从与目前技术成熟且使用最广的水平轴风力机进行对比的角度,分析介绍了垂直轴风力发电机的优缺点。从目前对垂直轴风力机的主要研究方面来论述发展垂直轴风力机需要解决的问题,认为对垂直轴风力机的空气动力学性能研究将是目前垂直风力机研究的主要方向。展望了发展垂直轴风力机在未来风力发电事业中的广阔前景。

提出多级垂直轴风力发电机液压恒频发电技术.以电动机模拟风轮 建立了液压系统原理图 并解决了内曲线马达自吸能力差、两路高效合流困难等问题.实验结果表明： 系统能够输出（50±0. 2） Hz 的、满足并网要求的近似恒频的交流电.

为了研究垂直轴风力机的叶片气动性能利用流固耦合法模拟了垂直轴风力机在实际工况下的气动载荷分析模拟结果表明由于翼型后部较薄受到的变形应力最大.为了避免因叶片变形而引起风力机整体气动性能下降提出了通过加大翼型后部厚度的方案来提高叶片的强度并通过数值模拟对改进后的翼型做了气动性能分析得出了适当的增加翼型后部厚度并不会对翼型气动性能造成太大的影响验证了此方案的有效性.这些研究结论为今后垂直轴风力机的设计制造提供了一定的参考依据.