随着经济和社会的迅猛发展，人类对能源的需求持续增加，作为一种新型可再生能源，海洋能的开发利用愈来愈受到人类的重视。海流能发电装置就是人们利用海洋能的一种重要方式。深海探测是海洋观测的重要内容，仅靠电池无法保证水下装置的长时间运行，需要研究能够就地实时为水下装置供电的技术方案。本文研究一种适合长期供电、无人值守条件下的海流发电装置，综合运用数值模拟和模型试验方法对水平轴式海流能发电装置进行设计及优化。　　本文参考风力机叶片设计原理，通过理论分析和软件仿真研究了叶轮、叶片、叶素的设计方法，从三个层面进行优化。基于叶素—动量理论，考虑叶根叶尖损失的影响，分析了叶片设计的数学模型。运用MATLAB计算模型试验装置的叶片结构参数。　　本文采用CFD技术分析叶片翼型的水动力性能，通过对多种不同类型、不同弯度、不同厚度的翼型进行数值模拟计算，获得翼型的水动力特性曲线以及压力系数分布矢量图，研究了雷诺数、攻角对翼型水动力特性的影响。分析叶片升力、阻力及俯仰力矩系数，为叶片的设计及优化提供最佳攻角和升阻力系数等数据。　　本文研究的海流能发电装置采用一种磁力耦合密封方案，基于理论设计、仿真优化的方式，完成了圆筒型的磁力耦合密封器的结构设计和材料、尺寸选择，针对密封器的磁路结构进行了有限元仿真优化，为海流能发电装置的水下工作提供可靠的密封形式。　　本文还设计了增速结构来提高海流能发电装置的能量捕获系数。采用CFD仿真软件计算导流罩增速结构的流场分布，优化了增速导流罩的结构，设计了流线型导流罩。设计齿轮增速器，调整叶片的叶尖速比，使得发电机能够在高效率段运行，提高装置的海流能利用系数。　　最后通过海流能发电装置各部分加工装配，完成了海流能发电装置模型试验样机，进行了水下发电试验。分析了实验结果，对实验的不足之处进行了讨论，为深入研究水平轴海流能发电装置的关键技术，进一步高效运用和发展海流能发电打奠定了基础。