水能是我国仅次于煤炭的第二大能源,也是可再生能源中能够形成最大供给规模的清洁能源,而其中丰富的微水头资源(河流、运河、水库、电厂尾水、管道供水、城市废水、海洋新能源等)因经济效益相对较低,未得到有效开发利用,有广阔的开发前景,如何有效的利用微水头资源,进行水力发电是水资源利用和水电技术的一个重要方面和研究课题。鉴于现有水力发电装置多集中于势能发电,而针对动能的潮流能水轮机有体积过大、启动流速高等问题,设计了微水头低流速的发电装置。该装置由水流加速装置、复合叶轮、发电机、尾水管组成。水流加速装置由水流梯度导流罩、入水口和导流叶片组成;复合叶轮由水平轴叶轮、翼型垂直轴叶轮、锥齿组组成。本文的主要研究内容包括:(1)利用贝茨理论进行功率计算得到理想出入口流速比;基于导流罩推力系数选择导流罩类型;基于叶素定理进行水平轴叶轮设计和尾流处垂直叶轮的设计。(2)根据已知数据、水力计算和功率效率计算获得的数据对水流加速装置、叶轮等主要零部件进行设计。所有的尺寸等数据都得到后,利用这些数据用SolidWorks对主要零部件进行三维建模,并装配整体装置。(3)部分零部件使用ANSYS中的workbench的Fluid Flow(Fluent)模块,提取流体域、划分网格、Fluent数值模拟计算以及后处理。根据水动力性能分析结果,对结构进行优化,得到最优整体装置。利用Fluent仿真软件进行整体分析,采用MRF(moving reference frame)模型,模拟经过简化的微水头低流速能量收集装置的流场。(4)设计的原始样机,因体积较大不便于实验,所以又设计出实验室相似样机,相似样机与原始样机间缩放比例1:3。利用3D打印技术,得到设备的相似样机的零部件,并组装出实验相似样机。相似样机在户外微水头低流速水域进行实机测试,得到实验数据,并对实验数据进行分析,进一步优化设计,得到最优实验样机。最终所得样机可在0.45m/s时启动,流速0.45m/s-2.4m/s时可靠发电,额定流速2.0m/s时功率350W。微水头低流速能量收集装置具有加工制造快、安装简易、综合性价比高、可利用水力资源量广等优势,能够广泛的应用到山区航道、河流、湖泊、水库等水流流速较缓却水资源较为丰富的环境。也为水资源利用和水电技术发展提供了重要的理论和实践依据。该型设备已成功应用于某灌区的参数监测,具有很好的推广应用前景。