随着能源需求的增加，很多大型潮流能水轮机被安装在世界各地。水轮机桩基础周围的海床冲刷会使水轮机失稳进而产生重大的经济损失。因此，对于潮流能水轮机海床冲刷的研究至关重要。目前，科学界对于竖轴水轮机的海床冲刷研究还在初始阶段。本文通过系列模型实验，首次提出了竖轴潮流能水轮机海床冲刷预测公式。在此基础上，本文还建立了预测竖轴水轮机海床冲刷的CFD数值模型，并首次模拟全尺寸水轮机冲刷过程。主要研究内容和结论如下：
　　(1)提出了竖轴潮流能水轮机最大冲刷深度预测公式。该公式主要考虑了两个水轮机相关参数：叶片-海床间距和转子半径。一系列3D打印的竖轴水轮机模型被放置在循环水槽中进行实验。实验结果表明，竖轴水轮机最大冲刷深度比单桩冲刷要深约80％。冲刷深度一般会随着叶片-海床间距的减小而增大，并随转子半径的增加先增大后减小。基于实验结果，提出了竖轴潮流能水轮机海床冲刷预测公式，以预测最大冲刷深度和冲刷剖面。
　　(2)提出了竖轴潮流能水轮机冲刷深度的时间发展预测公式。通过水槽实验，研究了不同叶片-海床间距和转子半径的水轮机冲刷深度时间演变。实验结果表明，冲刷坑在冲刷起始阶段迅速发展，在冲刷过程中，深度增加逐渐变缓。180分钟后，海床冲刷能达到动态平衡，冲刷深度不再增加。经过量纲分析，提出了竖轴潮流能水轮机冲刷深度的时间发展预测公式。
　　(3)建立了竖轴潮流能水轮机海床冲刷的CFD数值模型，并首次完成全尺寸潮流能水轮机海床冲刷仿真分析。提出的CFD模型由k-ω湍流模型、泥沙输运模型和沙滑模型组成，耦合瞬态流场计算与床面变形计算以模拟水轮机冲刷坑的发展。该CFD模型能够捕获水轮机冲刷的主要特征，但相比于实验数据低估了约15％–20％的平衡冲刷深度。利用验证后的数值模型，探究了全尺寸竖轴潮流能水轮机的海床冲刷发展过程，并对冲刷深度及冲刷坑轮廓进行了预测。
　　本文详细地探讨了竖轴潮流能水轮机海床冲刷机理并提供相应的预测公式及CFD模拟方法，这些研究成果对潮流能水轮机冲刷研究及水轮机商业化推广具有重要的指导意义。