针对小型三叶片H型垂直轴风力发电机的气动性能,运用计算流体力学中的移动网格技术,对风轮二维及三维流域模型的非定常分离流动进行数值计算,分析风轮的流场特征,并研究不同环境因素对风轮气动性能的影响。计算结果表明:在洁净空气中,叶片在叶尖处的涡量最大,上游叶片尾流影响绕下游叶片空气的流动,下游叶片风能捕获减小,整个风轮的最大风能利用系数约为0.32;风沙环境下,叶尖处的涡量进一步增大,且涡量最大处在上翼面的后半段。

为了获取更多的风能,针对升力型垂直轴风力机趋于大型化设计而造成的垂直轴风力机起动困难的问题,提出了一种升阻复合型的新型垂直轴风力机.在保持其升力叶片不变的前提下,利用Fluent数值模拟,建立9种升阻复合风力机数值模型,研究了阻力叶片圆弧半径和相对主轴的距离对其起动性能与运行效率的影响规律.得到阻力叶片最佳的尺寸与位置组合后,与纯升力型的垂直轴风力机进行了比较.结果表明:在起动性能方面,阻力叶片圆弧半径与相对主轴的距离越大,风力机的起动性能越好.在运行效率方面,当尖速比为0.5~1.0时,阻力叶片圆弧半径和相对主轴的距离的变化,对风力机功率系数影响不大;当尖速比超过1.0之后,阻力叶片圆弧半径与相对主轴的距离变大,会使风力机的功率系数减小.升阻复合型风力机虽运行效率有所降低,但起动性能明显提升.

研制出一种新型的用于垂直轴微力矩测试仪器的标定装置,它采用高精度加荷转换机构将标准砝码重力转换为水平力作用于垂直测量轴上,实现了对垂直工作轴系进行直接标定。论述了仪器工作原理、组成、结构设计及数据处理程序,并进行了测量结果不确定度分析。

探讨了应用可靠性理论设计垂直轴，并对垂直轴的刚度，止推轴承和径向轴承的应力，变形及轴系的精度进行了计算 。

为了研究半潜式垂直轴浮式风机纵荡运动对风机气动载荷的影响,本文建立了5MW浮式风机、平台、系泊系统全非线性耦合的计算模型,采用流体固体交互方法和重叠网格技术对风浪双激励下平台纵荡运动时的风机气动载荷进行分析,研究了不同速比下纵荡运动对转矩系数、叶片推力系数、能量利用率的变化规律,并与相同速比下陆地垂直轴风机进行比较。结果表明:高速比下平台以较高纵荡均值做高频小幅振荡;回复运动时转矩系数大于正向运动时转矩系数;能量利用率系数在中低速比时大于陆地风机;叶片推力系数和转矩系数变化趋势相同。本文的研究结论对于分析浮式风力机叶片载荷和估算深远海风场年发电量具有理论指导意义。

针对垂直轴风力机的气动性能及其控制问题,以计算流体力学为基础,对H型垂直轴风力机分别进行二维和三维模拟,并利用实验数据对模型结果进行验证,发现二维模拟时k-εRealizable模型表现更好,三维模拟时则k-ωSST模型更佳。同时,对旋转过程的流场特征进行分析。此外,利用试验验证变量泵-定量马达型液压传动方案的可行性,并以Fluent模拟所获取的风力机特性曲线作为建模参考,采用AMEsim建立变量泵-变量马达液压传动仿真系统,分别通过变量泵、变量马达、蓄能器三环节控制实现了最大功率追踪、极端风况下的限速运行以及变风速下的恒转速输出,相比原有系统更具高效性和可靠性。

垂直轴运动部件的平衡问题是影响数控机床运动稳定性和加工精度的震要因寨之一。为此，采用液压平衡的原理和方法，对卧式加工中心HMCl25b垂直轴运动部件的自身重力进行平衡.通过对液压平衡系统中关键零部件油缸和蓄能器参数计算和选择，完成了HMC125b主轴箱的平衡系统设计，从而提高了机床垂直轴的稳定性。