潮流能是一种不竭的清洁可再生资源,研发潮流能发电技术与装置具有重要的战略意义和显著的社会经济效益。水轮机是潮流能发电装置的核心部件,同时,在水轮机外部设置导流罩以增加潮流流速是一种提高装置获能效率的有效方法。本文采用仿真模拟为主、理论分析与模型试验为辅的方法,以Savonius型水轮机为研究对象,对其进行了优化与性能研究,本文主要研究内容和结果如下:(1)使用FLUENT建立二维仿真计算模型,用以潮流能垂直轴水轮机的模拟分析。结合相关研究与模型试验,验证仿真模型的适用性。采用该模型对基本S型水轮机进行非定常计算,得到不同工况条件下的性能曲线,发现最优尖速比系数为1.0,最大功率系数为25.49%。(2)运用二次Bezier函数对基本S型水轮机进行优化。引入斜度与拱度,设计出不同型式的两叶片水轮机,并进行多种工况下的仿真模拟。结果表明,在相同斜度条件下,拱度为5/6的叶型具有更优良的工作性能;最优叶型为斜度与拱度均为5/6,其最优尖速比系数为1.4,最大功率系数为0.3291,比基本S型水轮机提高了29.09%。(3)设计结构简单的单向导流罩装置。在尖速比系数为0.4的工况条件下进行参数优化,最优参数组合是α角为50°、β角为40°、距离L为5/6R。加装导流罩的优化后水轮机的最大功率系数为0.3902,比单纯的优化后水轮机提高了18.57%,比基本S型水轮机提高了 53.05%,但是,在尖速比系数高于1.2的工况下不适宜采用。(4)搭建潮流能垂直轴水轮机发电模拟装置。装置主要包含有:潮流模拟部分、水轮机运动部分、数据采集部分及相关的试验台与附件。叶型优化部分的模型试验表明优化后水轮机的工作性能优于基本S型水轮机,与仿真结果相互验证。