随着社会和经济的不断发展,能源的需求量越来越大,传统的化石能源不仅不可再生,而且对环境污染严重,因此新型可再生能源的开发和利用已成为能源领域的热点。其中,海洋潮流能因其环保、经济、分布广等优点成为重点关注的能源类型之一。竖直轴潮流能水轮机是海洋潮流能转化装置的一种类型,目前该类型水轮机由于能量转化效率低且能量输出具有强周期性的缺点而难以获得广泛的应用,因此本文以三叶片竖直轴潮流能水轮机为研究对象,针对水轮机能量输出的波动及增设导流罩聚能两方面开展了潮流能水轮机的能量输出稳定性及能量捕获效率的优化研究,主要研究内容包含以下几点:1)通过改变叶片叶素沿叶高方向的时序位置分布,设计构造了分布特性呈30°、45°和60°螺旋线的三种“三角型”叶片,为了获得三种改型叶片与原直叶片的性能对比,采用计算流体动力学方法分别对它们正常运转时的流场进行数值分析。以一个周期内的能量捕获系数Cp值为目标参数分析结果发现:在5种不同叶尖速比工况下,相比于直叶轮,“三角型”叶轮Cp时均值有不同程度的增减,Cp波动幅度普遍有所降低。“三角型”叶轮中,随着叶片螺旋角度的增大,Cp时均值和标准差变小,即在牺牲少量能量输出下提高了输出的稳定性。2)提出了一种导流罩内壁型线的优化设计方法,该方法以导流罩内壁型线的几何设计参数作为优化设计变量,以竖轴潮流水轮机能量输出品质参数作为目标函数,然后引入多目标粒子群算法作为优化搜索策略开展导流罩内壁型线的优化。分析导流罩优化前后,竖直轴潮流能水轮机能量输出特性的数值结果发现,导流罩内壁型线的优化有效改善了水轮机能量输出的稳定性,同时其更好的聚能效果也使得水轮机的输出能量获得提升。本文提出的新型“三角型”叶片水轮机的能量输出有不同程度的增减,运行稳定性远远优于普通直叶片水轮机,是一种有发展潜力的结构形式。导流罩最终的优化结果表明本文所提出的竖轴潮流水轮机导流罩型线优化方法切实有效,可为其它型式发电装置的导流罩设计提供可靠的理论指导。