作为一种尚未大规模开发的清洁可再生能源,潮汐能正在越来越引起人们的关注和重视。预计未来潮流能发电将会在电力市场中扮演越来越重要的角色,潮流能水轮机的发展和应用也将更为完善。水轮机叶片是获取潮流能的核心部件之一,其水动力性能决定了潮流能发电机的能量利用率、载荷特性、空化特性及噪声水平等,而决定叶片性能的最主要因素是构成叶片外形基本要素的翼型。因此,高性能翼型对于提高水轮机叶片潮流能捕捉能力、降低叶片载荷等有重要意义。为此本文开展了横轴潮流能水轮机翼型的水动力分析与优化设计方法、横轴潮流能水轮机设计建模及其数值模拟的研究,主要研究工作如下:首先进行二维翼型水动力CFD模拟。数值计算和网格生成分别应用Fluent和Pointwise,计算应用C型网格,并进行网格无关性验证。采用基于RANS的SST k-ω湍流模型对翼型在各个攻角状态下的绕流进行了水动力分析,与实验结果相比,小攻角时,结果吻合非常好,综合误差小于1.5%,最大误差为2.82%。这部分内容主要为翼型优化提供精确的数值校准,为优化平台搭建过程中的重要步骤。随后对水轮机翼型进行单点、多点优化。采用基于代理模型的单目标、多目标优化设计方法,根据叶片不同截面处的水动力要求分别在不考虑空化和考虑空化条件下进行了单攻角、多攻角优化设计,无空化情况下单点优化效果明显,目标函数提升达19.61%,多点优化则弥补了单点优化翼型在大攻角时的较差性能,实现了全攻角范围的性能提升;考虑空化得到的翼型则在优化点附近显著降低了翼型空化区域面积。对优化前后翼型的水动力性能的对比分析也表明了优化后翼型性能优异,验证了该优化平台的有效性。最后通过数值模拟评估水平轴潮流能水轮机水动力性能。首先建立水平轴潮流能水轮机三维模型,利用MRF模型对整机进行稳态计算,验证了该稳态计算方法结果正确合理且满足准确性,流场分析展示了流场细节。然后以优化前后翼型分别建立水平轴潮流能水轮机模型,并进行对比计算,结果表明当翼尖速比较小时,优化后模型具有更高的能量利用效率。