潮流能水轮机作为海洋潮流能开发的核心装备,对潮流能的高效利用起到关键性作用,其结构原理、水动力机制以及性能优化是潮流能水轮机研发的重点和难点。基于半转机构的半转叶轮潮流能水轮机是一种将叶轮阻力特性与升力特性有机融合的新型垂直轴水轮机,具有良好的自启性能和较高的水能利用率。本文采用CFD方法对半转叶轮潮流能水轮机的水动力性能进行分析,以期得到各影响因素的影响规律,为半转叶轮潮流能水轮机的结构优化和性能提升提供依据,对半转叶轮应用于潮流能资源开发具有重要意义。首先,介绍了半转机构和半转叶轮的工作原理和结构组成,并在XFlow中建立了半转叶轮的流场分析模型。根据半转叶轮水动力性能的影响因素,设计了半转叶轮水动力性能数值实验方案,确定了流场分析方法和数据处理方法,为半转叶轮的水动力性能分析提供研究思路和分析方法。其次,结合数值实验方案,研究来流速度、叶轮转速、叶轮密实度、转臂长度和叶片数目等因素对半转叶轮水能利用率的影响规律。发现不同来流速度下,半转叶轮的最大水能利用率相差较小,所对应的最佳转速随来流速度的增大而增加;叶片数目取2或3时,半转叶轮的水能利用率较高;密实度和转臂长度与半转叶轮水能利用率间呈抛物线关系变化。根据所得的水能利用率曲线、转矩系数曲线和转矩系数面积曲线,对半转叶轮的水动力性能进行分析,获得了优化后的半转叶轮结构参数。然后,根据叶片周围流速、压力和涡量的变化规律,分析半转叶轮的流场特性,并结合水动力数据总结了半转叶轮的水动力形成机制,阐述了半转叶轮升阻复合特性,为半转叶轮的分析与优化提供理论依据。将半转叶轮的水动力性能与传统垂直轴水轮机进行对比分析,总结了半转叶轮的水动力特性,评估了半转叶轮的水动力性能。最后,为进一步提升半转叶轮水轮机的水能利用率,根据半转叶轮的流场特性和水动力机制,对半转叶轮潮流能水轮机的结构布置进行研究。发现采用双叶轮的半转叶轮水轮机,在两叶轮中部会形成聚流效应,提高了叶轮中部压力,使得叶轮驱动转矩增大,从而提升半转叶轮的水能利用率。此外,对双叶轮水轮机的叶轮间隙、相位和转速的影响进行了研究,得到了双叶轮水轮机的最佳布置参数。