化石能源的短缺与环境污染的问题日益严重,潮流能作为一种资源丰富的清洁能源越来越受到人们的重视。各国相继研发利用潮流能发电的相关技术,各种潮流能发电装置也相继建立。然而目前单机水轮机发电装置的发电量难以满足潮流能发电站的供电需求,所以对潮流能水轮机阵列排布以提高发电站整体能量捕获效率的研究迫在眉睫。本文针对不同阵列排布方式下竖直轴潮流能水轮机群流场的水动力性能进行了仿真模拟研究。叶轮是水轮机能量捕获的关键部件,通过研究受到来流作用的叶轮周围流场的变化和受力分析为研究对比水轮机的水动力性能。为达到研究目的,基于CFD方法对单机组竖直轴潮流能水轮机的工作流场进行二维数值模拟。对简化的叶轮模型建立合适计算域进行网格划分,通过使用Fluent软件对单机水轮机叶轮部分的流场进行二维瞬态计算求解,仿真模拟了在不同的叶尖速比下水轮机叶片的合力矩受力和叶轮流场变化。对仿真结果进行数据处理,得到单机水轮机的水动力性能参数。在此基础上,对单排双水轮机组进行瞬态数值模拟,监控水轮机组中每个水轮机的叶片受力情况及旋转的叶轮所形成的流场互相干扰的现象,重点研究了相对排布间距、相对旋转方向以及相对位置差角对阵列机组能量捕获效率的影响。继续对单排三水轮机组和单排四水轮机组进行数值模拟总结并验证单排水轮机阵列排布普遍规律,进而得到相对较优的单排水轮机组排布方案。对双排串列水轮机组进行数值模拟,监控后排水轮机处于前排水轮机尾流中前后排水轮机叶片受力情况及旋转的叶轮所形成的流场互相干扰情况,重点研究了相对排布间距、相对旋转方向阵列机组能量捕获效率的影响。基于单排并列双水轮机组和双排串列水轮机组阵列排布规律,对双排交错三水轮机组进行数值模拟,重点研究了横向排布间距、纵向排布间距对双排水轮机组水动力性能的影响规律以及双排水轮机组前后排水轮机的相互影响。基于双排交错水轮机组和双排串列水轮机组阵列排布规律,对三排交错六水轮机组进行数值模拟,重点研究了第一排轴心到第三排水轮机轴心的最小间距对三排水轮机组水动力性能的影响规律,得到多排水轮机群阵列排布普遍规律,进而得到相对较优的多排水轮机组排布方案。本文针对竖直轴潮流能水轮机阵列排布优化不仅对第一代竖直轴水轮机群阵列进行了全面的研究,并且首次对第二代水轮机群阵列进行优化,对提高大型潮流能水轮机发电站的能量捕获提供了理论支持,对提高潮流能发电的经济效益具有较大现实意义。