海洋潮流能具有分布广泛、规律可循和能量密度高等特点,其目前已成为了人类可以利用的最重要的绿色可再生能源之一。但对用于采集潮流能的垂直轴水轮机的轮组叶片部分进行形状变异优化,从而使垂直轴水轮机的水动力性能实现提高,相关的优化研究理论方兴未艾。本文针对垂直轴水轮机的轮组叶片部分展开结构参数优化研究,在提出水轮机整体系统方案后对叶片及轮组部分的二维性质参数展开水动力学分析,在此基础上将轮组叶片形状进行螺旋化变异,并完成了对相关结构参数的优化对比试验研究。达到了解决传统垂直轴水轮机自启动性能差、动转矩波动剧烈和能量捕获效率低等缺点的目的,并揭示了水轮机叶轮组各结构参数与水轮机水动力性能之间的复杂机理关系,在很大程度上挖掘了垂直轴水轮机叶轮组结构的优化潜力。提出了漂浮式螺旋型叶片水轮机系统方案,对系统中各结构的名称与功能进行了说明;引述了水轮机数值计算基本参数公式,并对数值仿真的控制方程、求解算法和滑移网格理论进行分析;研究了流固耦合及湿模态等流体机械结构动力学计算理论。基于Fluent数值仿真平台对垂直轴水轮机的翼型参数进行计算对比选优,并分析了所选翼型在不同攻角下的水流场情况;组建水轮机轮组部分的二维CFD仿真模型,完成对模型的前处理、流场设置及仿真计算,得到了水轮机轮组在仿真流场中的水动力状态结果;针对水轮机的叶片数目、流场速度、叶轮半径和叶片弦长等参数设置多组数值仿真对照试验,得到了各不同参数下的水轮机流场状态和水动力性能,从而实现了对水轮机轮组二维性质参数的分析优化,并揭示了不同叶轮参数与水轮机水动力性能的影响关系。引出水轮机叶片结构螺旋变异优化概念,基于Fluent平台对螺旋型叶片轮组进行三维CFD数值仿真,完成对三维模型的建立、网格设置和求解参数等仿真操作,得到了螺旋型叶片水轮机轮组在三维流场中的水动力状态结果;针对水轮机叶片的螺旋跨角和高径比等三维性质参数变量,设置了多组仿真对照试验,对比分析了不同叶轮组结构参数下水轮机的动转矩状态、自启动性能、能量捕获效率和水流场状态等水动力性能,得出了不同三维叶轮组结构参数对水轮机水动力性能的影响结果。通过Ansys Workbench平台,搭建基于流固耦合的模态分析计算模块组,先后完成对水轮机轮组外部流场计算域的构建、流场域载荷与轮组结构域耦合和轮组结构模态求解计算等操作,得到了螺旋型叶片轮组的固有频率及相应的振型结果,同时利用Campbell转子分析方法,捕获到了会造成结构共振现象的危险轮组转速数据,实现对处于工况条件下轮组的振动特性的分析研究。本文针对垂直轴螺旋型叶片水轮机叶片结构参数的研究,改善了水轮机轮组转矩输出状态,有效的提高了垂直轴水轮机系统的水动力性能,同时本文所得到的试验结果与结论规律可为垂直轴水轮机叶轮组结构的设计优化提供数据支持,具有相当广阔的应用前景与工程实际意义。