在不可再生能源日益枯竭、且对环境危害压力越来越大,但能源需求却不断增长的今天,寻找、开发新型清洁能源替代化石能源的需求越来越受到重视。海洋潮流能作为一种绿色可再生能源,具有可持续性、高能源密度、丰富蕴藏量等特点,使其成为有广阔发展前景的开发领域。流速较低的海流能为潮流能的一种,其能量密度与流速的立方成正比,若采用传统的水下涡轮机驱动系统,由于水力涡轮在海流环境下很难像风力机那样较为灵活地实现有效能量转换,基于流体力学圆柱绕流涡激振动的驱动模式成为一种选择。涡激振动利用均匀流下圆柱涡脱落力诱发其共振的机理捕获海流能,以此形成水力驱动系统进行发电,是一种适于低速海流环境的水力驱动发电方式。本文重点研究了海流环境下诱发涡激振动的参数范围及系统最大获能的海流环境,并通过流固耦合数值方法对涡激振动进行了数值研究,对影响涡激振动获取能量的最佳参数进行了分析,设计了具有不同横向和流向间距比、不同布置方式的多圆柱振动系统作为能量转换装置,详细分析研究了系统涡激振动响应、水动力特性、尾涡模式以及能量获取效率和能量密度大小与系统参数的关系。主要研究内容和创新成果如下：(1)采用了一种能较好模拟涡激大幅振动的流固双向耦合数值方法。计算模型流体区域使用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)动网格机制的不可压缩雷诺时均RANS方程描述,并用SSTk-ω湍流模型进行封闭,采用基于ADNA系统开发的FCBI-C单元模式离散计算区域,配合相应的算法,实现了涡激振动圆柱体大幅振动情况下尾流涡街形成的高效数值模拟,得到了不同约化速度下系统的响应分支、振幅、频率、相位角、流场信息以及各响应分支中的尾涡脱落特征。通过文献对比研究,证明本文提出的分析理论和数值方法是高效可靠的,可很好地用于模拟单圆柱或多圆柱系统的涡激振动。(2)提出了基于涡激振动获取海流能发电的4种参数方案,分别研究了各方案质量比m*、阻尼比ζ质量阻尼比m*ζ和水中固有频率fm,w对单圆柱涡激振动响应及能量转换效率η的影响,给出不同方案下各参数在基于海流水动能获取应用中的最佳适应范围。研究发现,质量比m*和阻尼比ζ除了影响能量转换效率η,还影响有效获取能量的约化速度范围,不同系统均存在最优的质量阻尼比m*ζ值,使最大能量转换效率ηmax值和平均能量转换效率ηp值最大。研究还发现,适当设计系统的fn,w值,不仅可使圆柱从水流中获取能量效率最大,同时还可使圆柱结构在较广的流速和约化速度范围内都能获取较高的水动能。(3)研究了间距比对矩形布置的四圆柱振动系统的水动力特性及其对获取海流能效率的影响,并且从规模化开发利用海流能的角度考虑,能量转换器应优先考虑由多个圆柱组成的系统。本文提出了一种结合并列和串列构形的矩形布置四圆柱振动系统,并首次提出机械耦合的概念描述这种系统的动态特性,即将由四个圆柱组成的振动系统整体视为一个质量-弹簧-阻尼系统,任何响应时刻,维持振动系统中的四圆柱相对位置始终保持不变,以便系统获得最佳的水动力特性。由于机械耦合的四圆柱振动系统为矩形布置,横向和流向间距比不同,提出组合间距比LH/D2这一概念。通过四柱机械耦合系统在不同横向和流向间距比方案下的自由涡激振动的模拟计算,研究了组合间距比LH/D2对四圆柱振动系统的振幅频率响应、升力特性、压力特性、尾涡结构以及获取能量的影响。结果发现,合理选择横向和流向间距比可使四柱机械耦合系统从海流中获取的能量和能量密度最大化。(4)研究了交错布置五圆柱振动系统的水动力特性及能量获取效率,分析了采用交错布置的多圆柱结构规模化利用海流水动能的可行性。在四圆柱机械耦合系统的基础上,结合串列、并列和交错三种布置方式,提出了另一种由五个圆柱组成的交错布置振动系统。得到不同横向和流向间距比下该系统的响应、水动力特性、尾涡结构及获取的水动能结果。结果表明：与矩形布置的四圆柱振动系统一样,存在最优的组合间距比可使五圆柱振动系统从海流中获取能量最大,并拥有最大能量获取密度。对比两种布置形式的振动系统在其最优组合间距比时的能量获取密度值表明：采用交错布置方式明显优于矩形布置方式。此外,随着组合间距比的增加,尾涡内逐渐出现两行涡街,内侧涡街随横向间距比的增加逐渐出现“2S”模式、“S+C”模式和“2C”模式。通过对五圆柱振动结构和单圆柱结构的升力谱峰值和能量获取值分析可知,使用本文提出的多圆柱振动组合系统作为能量转换器,配合适当的驱动传输装置,对实现规模化利用海流能是有效可行性的。