化石能源危机和自然环境污染逐渐被人们所认识和关注,开发绿色可再生能源是维持人类社会的可持续发展的必选之路,潮流能就是其中之一。具有周期性变化的潮流能以可预报性强、能量密度大的特点被广泛开发利用。垂直轴水轮机作为潮流能获能的核心装置,因其结构形式简单,获能效率高成为广大科研学者的研究热点。而目前考虑粘性效应的单一垂直轴水轮机数值计算方法,虽然可以准确预报叶轮的载荷和性能,但计算量大,速度慢,受限于计算机硬件水平,在未来大规模阵列布置的工程化设计时并不适用。研究垂直轴水轮机的尾迹分布特性,建立尾涡结构的经验模型,不失为解决潮流水轮机流场及阵列布局设计问题的一种途径,这正是本文所关注的科学问题。首先介绍垂直轴水轮机的基本工作原理和叶片受力分析,阐释流体力学基本方程和涡运动理论。其次介绍水轮机CFD模拟方法,给出一套垂直轴水轮机二维数值模拟方案,通过数值及实验结果的比较验证了数值模拟方案的可靠性。再次围绕单叶片绕流展开探究,系统地分析各影响因素对单叶片绕流泻涡频率的影响规律,针对固定几何攻角的情况,给出了泻涡频率与机翼弦长、来流速度之间的关系;然后在此基础上研究单叶片旋转尾迹涡分布情况,讨论流速、速比对集中涡分布特征的影响,获得了单叶片垂直轴水轮机尾迹涡运动轨迹近似公式。最后研究两叶片垂直轴水轮机尾迹中涡量分布的特征,发现尾迹特征明显依赖于速比;以额定速比为例,获得了水轮机功率系数与脱落涡环量之间的关系;并提出了计算尾迹速度分布的涡列等效方法,计算结果与CFD模拟吻合程度较好。本文的研究结果为进一步研究垂直轴水轮机尾迹分布特征奠定了基础。