在所有可再生能源中,潮流能因为其独特的优势已经受到了各国研究人员的重视。相比风能,潮流能具有更大的能量密度;而潮流的天然周期性也使得开发过程更具操作性和针对性。凭借其在全球的广泛分布,潮流能的研究是解决能源问题的重要一环。而水平轴水轮机也是潮流能转换装置中最为常见,也是最为有效的方式之一。潮流能水轮机的工作原理和风力机近似。在风机设计中十分成熟的叶素动量理论也适用于水轮机的设计。不过由于潮流能水轮机的工作环境和风力机的相差很大,水轮机会受到更大的载荷。另外,在高流速和高转速的工况下水轮机叶尖部分有可能发生空化。因此如何设计出满足输出功率要求并且能适应工作海域海况的水轮机是本文主要的关注方面。最后为提高水轮机的功率输出,对水轮机的结构进行优化设计,提出了双叶片模型结构。经计算验证,该模型能很好的改善水轮机的功率输出。在本文中,采用CFD方法进行水轮机工作性能的预报。针对水轮机的工作方式,在计算域中使用滑移网格,建立内部旋转域。对于忽略重力影响的工况,采用周期性边界条件计算单个叶片的工作性能,这可以大大减少计算的网格数量。湍流模型对计算的精度影响很大,在选择时需根据具体计算工况和所关心的参数来选择湍流模型。空化性能计算采用Ryleigh pleasset模型,主要分析水深、来流速度和水轮机转速对空话性能的影响。双叶片模型的研究主要依据水动力性能进行结构形式的设计,水动力计算方法与单叶片的相同。本文分析结果表明:叶素动量理论在水轮机叶片的设计中时可行的,所添加的叶尖叶根损失因子能有效的提高设计的精度;在水轮机的设计中,对额定流速较高的水轮机,必须校核其空化性能;双叶片模型的副叶片能明显提高主叶片的功率输出。