潮流能由于其清洁无污染、稳定、可预测、储量丰富等优点,已经成为最具潜力的可再生能源之一。对潮流能进行合理的利用,就可以有效地缓解能源危机和环境问题。在潮流能转换装置中,水平轴潮流能水轮机的应用相对比较成熟。然而由于其能量转换效率不高,距离其商业化还有很长的一段距离。叶片是水轮机转换水流的动能得到电能的过程中最关键的部件,水轮机的能量转换效率在很大程度上取决于叶片设计,因此对叶片的外形进行合理的设计是水平轴潮流能水轮机设计中的一大关键因素。基于上述问题,本文运用计算流体动力学(CFD)方法分析了传统水平轴潮流能水轮机的流场特性,设计了三种翼尖小翼水轮机并分析比较了其水动力性能,最后研究了翼尖小翼的设计变量对水轮机能量转换效率的影响。本文首先叙述了当今世界的能源危机与环境问题,介绍了潮流能及水轮机的特点,并分析了现今水平轴潮流能水轮机的研究现状,从而确定了对水平轴水轮机流场特性和设计方法进行研究的方向。其次通过介绍水平轴水轮机分析及设计中常用的贝兹理论、叶素动量理论、计算流体动力学,明确了后续研究水平轴水轮机水动力的方法。再次通过不确定度分析验证了水平轴潮流能水轮机的CFD计算模型,基于数值模拟结果分析了传统水平轴潮流能水轮机的流场特性,得到了水平轴潮流能水轮机叶片的压力分布特点和叶尖涡量及流线图。然后通过将翼尖小翼技术引入到水平轴潮流能水轮机的设计中,分别设计了梯形翼尖小翼水轮机、三角形翼尖小翼水轮机和混合型翼尖小翼水轮机。运用CFD的方法研究了上述三种翼尖小翼水轮机的水动力性能,并与传统水平轴潮流能水轮机进行了比较。研究结果表明:三种翼尖小翼水轮机都能够减小翼尖涡的强度,在最佳叶尖速比下提高水轮机的功率系数。翼尖小翼通过提高水轮机叶片叶尖处的转矩,同时减小叶尖涡的强度,而得以增强水平轴水轮机的水动力性能。最后通过改变翼尖小翼的弯曲方向及相关的设计变量,研究了翼尖小翼的设计变量对水平轴水轮机能量转换效率的影响。结果表明只有弯向吸力面的翼尖小翼可以提高水轮机的功率系数,并且翼尖小翼水轮机的功率系数受到翼尖小翼的长度、顶端弦长和倾斜角的大小的影响,合理设计上述变量可以在所有工况下都提高水平轴潮流能水轮机的能量转换效率。