本课题的目的及研究意义 自2008年全球爆发能源危机以后，中国开始大力支持和发展新能源，在众多新能源产业中，风力发电是新能源产业中发展较为迅速的。

风力机分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。

几年大型风力发电各方面于趋于成熟，它对风场的选址要求相对较高，一般采用水平轴风力发电机，为并网系统；现在许多人把目光投向了小型风力发电，这种小型风力发电机对风场选址的要求不高，一般采用垂直轴风力发电机，为离网型系统。

一般大型发电厂都距离城市相对较远，所以在电路运输上电能的损耗相对较多。

而小型风力发电易于与城市相结合，使得城市的风力资源得到充分运用。

近年来在地铁风力发电成为研究合理利用城市风力资源的一个话题，本文将基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法，利用Fluent解地铁隧道的气流环境，并用MATLAB算，设计出合理高效的垂直轴风力发电机，并就近原则的将其供给附近的公共用电设施。

国内外研究现状 国内研究现状：我国目前对地铁风力发电机的研究还处于相对成熟的阶段，叶片的外形设计[1]和空气动态性能是决定风力发电机的效率的重要组成部分。

海电力学院闫海津，胡丹梅，李佳[2]利用GAMBIT建模软件进行建模，利用Fluent对地铁隧道流场进行数值模拟，得到水平轴风力机流场的压力分布，速度分布，以及叶片截面的流动分离情况，为以后风力机叶片的再次优化提供一定的指导，而兰州大学李金龙[3]则对垂直轴风力发电机的风轮参数设计、风轮气动性能预测、风轮数值模拟和风力机整体仿真等进行探讨研究；郑州大学王巧红，张洛明，李博[4]采用了标准 K－ε 湍流模型和非结构化网格对一种小型垂直轴风力发电机的风轮部分进行了三维数值模拟与分析并与先前的实验作对比，为风轮叶型的优化提供了可靠的方法；华北电力大学李春曦，李新颖，叶学民[3]从两个方面：1从风力机叶片和叶型进行改进，2从风轮外围增加辅助装置来对风力机效率进行优化；重庆大学的巨文斌和武汉理工大学刘猛[4,9]利用CFD数值模拟方法对VAWT的空气动力学性能进行计算，并提供了其优化气动特性的方法：增加引流板；重庆大学甘洋[10]在此基础上从翼型的最大厚度位置前的弧线进行优化，并从引流版的尺寸参数，两风机之间的距离，叶片安装角几个方面综合考虑，优化其气动特性。

兰州理工大学李寿图[11]研究了几种典型状况下垂直轴风力机气动特性及流场分析，研究发现，H型垂直轴风力机，运行在低速区，产生的尾涡效果直接作用在风轮叶片上，同时还有叶尖涡的影响，对H型垂直轴风力机的2D，3D模型进行数值模拟计算，分析深度失速状态下的升阻性能，并讨论了转动惯量和不同的叶尖小翼对其性能的影响和不同叶片数对两种不同安装方式的影响。

近几年人们在使用最佳叶片[12]的基础上基于PSCAD仿真对地铁发电系统的设计[13]，采用直驱永磁同步发电机[14]，通过建模，理论和实践相结合，制定出可行性分析报告，利用列车活塞风能将其转换为电能，供附近的公共用电设施用电[15]。