海洋中蕴含着丰富的能量,且目前开发不足。对于潮流能发电而言,由于其安全可靠,清洁无污染,具有较强的开发前景。潮流能水轮机主要分为两类,一类是水平轴式,另一类是垂直轴式。相比于水平轴水轮机,垂直轴水轮机结构形式相对简单、并能适应任意的来流方向,不需要额外的换向装置。然而,其能量转换效率低于水平轴式水轮机,且在运行时有较大的转矩脉动,容易引起结构疲劳。另外,水轮机的输出端通常直接或间接的与发电机相连,发电机在发电过程中会产生负载力矩,该负载相当于一个阻尼器,会反作用于水轮机,因此,不同的发电机负载会改变水轮机的运行状态。本文首先利用ANSYS FLUENT数值模拟软件对垂直轴潮流能水轮机的水动力性能及能量利用率进行了分析。采用了与之前海试中使用的相类似的垂直轴水轮机,在分析中考虑了变转速及输出端负载对水轮机的影响,并通过负载系数确定了四种工况。结果证实,在稳定运行时水轮机转速非恒定,会在某一区间内呈现周期性变化。而随着输出端负载的增大,水轮机转速会降低并且脉动性增强。另外,在一定范围内,随着负载的增大,能量利用率会相应提高,最大值可达到46%,但若继续增大负载,则会发生过载现象。然后,就垂直轴潮流能水轮机的不足,提出了一种导流涵道装置,并对其增速性能进行研究。结果显示,导流涵道可明显提高来流流速,其最大值可达来流速度两倍。并且流速较大区域集中于涵道内部中间段,据此则可确定水轮机的摆放位置。最后,将导流涵道与垂直轴水轮机二者进行结合,同样考虑变转速及输出端负载的影响,对二者整体的水动力性能进行分析,并将分析结果分别与单独水轮机及单独导流涵道的结果进行对比,用以评估水轮机与导流涵道二者相互作用机理。结果证实,虽然单独导流涵道装置的增速性能十分明显,但水轮机的存在会明显降低通过导流涵道内流体的流量,该下降幅度甚至远低于自由来流时的理论流量。另外,结果也显示,导流涵道的存在会减弱通过水轮机流体的紊流现象及流体向四周流动的趋势,起到了整流和提高流体利用率的作用。并且该效应可完全弥补因导流涵道存在而造成的流量下降,使水轮机的能量利用率从46%提高到58%,进一步提高水轮机的表现。研究还显示,导流涵道不仅可以提高水轮机的能量利用率,还可有效降低作用于水轮机叶片上的水动力矩脉动情况,使水轮机在旋转过程中变得更加平稳,改善水轮机的运行状态,提高结构安全可靠性。