在利用潮流能方面,水轮机是最主要的能量转换装置,水轮机的结构设计最终将影响对潮流能的利用效率。对于垂直轴水轮机,叶片形式对水轮机性能有着重要影响。本文主要探导了垂直轴式水轮机叶片表面不同开孔密度对水轮机水动力性能的影响。具体研究内容如下:(1)简述了水轮机发展前景和国内外研究现状,进行了水轮机叶片的受力分析,定义了相关的无量纲参数,探导了开孔叶片水动力性能的CFD方法。(2)研究了叶片开孔密度对水轮机水动力性能的影响。(a)在开孔形式一致情况下,设计了四种水平截面不同的开孔形式,其中第一种和第二种开孔形式主要是改变了单个孔的孔径,研究了开孔前后的水动力性能差异。研究后发现第一种开孔形式对水轮机的影响较大,第二种开孔形式影响程度相对较小;为了便于比对选择以第一种开孔形式作为原型,在展长方向上分别布置了2、4、6、8个孔,研究了单列孔上不同孔密度所产生的影响。(b)在每列孔上的孔数量都是4个的情况下,设计了1列孔、2列孔和3列孔,研究了孔列数改变对水动力性能所产生的影响。通过数值模拟研究,得到了各个开孔模型水轮机的扭矩随方位角变化曲线,能量捕获系数C_P随叶尖速比的变化规律。(3)开展了拖曳水池实验研究。通过水池实验研究,对不开孔叶片的实验结果与数值模拟结果进行了比对,以此来验证数值模拟的可靠性。比对结果表明:数值模拟方法用来研究开孔对水轮机水动力性能影响是合理的。