本文主要通过数值模拟的方法对潮流能水轮机进行研究,同时完成了水轮机模型的优化设计和实验来对比验证数值模拟的结果。在数值模拟部分,使用了传统的雷诺时均和制动线大涡模拟耦合方法两种算法,从水轮机性能和流场捕捉两个角度分析了两种算法的预报能力和结果。发现两种方法都能准确地预报水轮机的性能,而制动线结合大涡模拟的算法由于避免了对壁面附近边界层的求解,因而大幅地减少了网格数和计算量。同时该方法可以有效地利用大涡模拟的优势来捕捉流场中瞬时的涡量结构,分析水轮机的尾流和泄涡特征。在此基础上,我们进一步研究了均匀流,剪切流和海洋边界层内的湍流三种不同条件对水轮机尾涡结构的影响。此外,本文进一步发展了制动线和自由面耦合的算法,考虑了阻塞效应和自由面对水轮机的影响。发现阻塞效应可以显著地提高水轮机的功率,而自由面在水轮机上方产生的驻波则会显著地削弱阻塞效应,降低水轮机的功率。通过以上工作,本文系统地阐述了制动线结合大涡模拟的算法和结果,并将其应用于多种复杂流动条件,得到水轮机单机和阵列做功效率和流场的特征。