由于化石资源不可再生,且日渐枯竭,而潮流能作为绿色清洁能源,主要具有可再生性、可预测性、可观的蕴藏量等特点,逐渐成为世界研究及开发重点。基于流激振动的水流动能转换技术是一个相对较新的概念,利用该技术可在低流速环境中利用流激振动现象从周围流场中提取水流动能,并将其转换为电能等其它形式的可利用能源。目前,针对流激振动发电装置的研究绝大部分是围绕圆柱的涡激振动展开。柱体几何特性是研究流激振动过程中一个重要影响因素,柱体流激振动特性会因截面形状的改变而存在很大不同。本文通过对五种不同截面形状柱体进行数值模拟分析,对不同截面柱体在水流作用下振动响应、柱体受力、尾流旋涡形态、获能功率及效率进行了计算,为深入研究分析高阻尼高雷诺数下“柱体-水流”相互作用机制和流激振动水流发电装置的设计提供参考依据。本文选取圆形、方形、类梯形、梯形和T字形五种截面形式进行研究。为了更好地比较不同截面形状的柱体的流激振动特性和能量转换特性,对不同形状柱体的参数进行精心设计,使不同截面形状的柱体质量比、阻尼比、同一流速下的雷诺数和约化速度等重要无量纲参数均保持一致。采用有限元软件ADINA 对各柱体流激振动进行数值模拟,计算流速范围为0.2-l.lm/s。计算结果表明,各柱体都出现了频率锁定现象,圆柱振动为“自限性”振动,振幅曲线出现了明显的分支,且为完全的涡激振动;其它截面柱体存在涡激振动与驰振的切换,伴随着振动模式切换,振幅比出现突变现象,类梯形柱与T字形柱的最大振幅比分别达2.26和2。其中圆柱振动稳定,而方柱不稳定。发生频率锁定时,频率比值并不都是严格为1。频率曲线可以观察到明显振动分支。截面几何形状对柱体振动频率的影响,主要看漩涡脱落柱体的周期长短,由于各柱体截面几何特性不同,其边界层的分离及演变过程各不相同,因此漩涡脱落周期也存在差异。光滑圆柱的振动频率要比具有棱角的柱体大的多,最大频率比值为2.44。对各柱体的漩涡形成及脱落模式进行详细分析时,发现边界层重附点位置随流速增大向柱体后侧移动;当柱体处于不同的振动分支中,尾流漩涡形态都不相同,且当“2S”、“S+P”、“2P”、“2S+2P”、“2S+4P”模式之间切换时,尾流涡道宽度也随之改变,即涡量越大,涡道越宽;漩涡形成过程会伴随着压力空腔发的产生,发现具有尖锐棱角及截面台阶的柱体,更容易产生压力空腔,其中T字形柱效果最佳。柱体截面几何特性不同引起的漩涡形态差异对柱体所受的升阻力具有较大影响,如漩涡脱落于棱角、压力空腔的形成,都使柱体受力产生很大变化。柱体后缘边长度对阻力影响较大,即后缘边越长(后棱角越突出),阻力越大。其中T字形柱的升力系数及升阻比普遍大于其它柱体,说明T形柱的流体动力性能要优于其它柱体。本文最后计算得到了各截面形状柱体的获能功率及效率,其中T字形柱的获能功率及转换效率要普遍优于其它柱体,最大功率及效率分别为:10.57w和42.5%,且综合能量转换效率为T字形柱>圆柱>类梯形柱>梯形柱>方柱。针对单个柱体而言,流速不同,转换效率也不同,其中圆柱转换装置适用于较小流速的流域,类梯形柱转换装置适用于较大流速的流域。