随着化石燃料利用所带来的环境污染、气候影响越来越明显,加之化石燃料资源的日渐匮乏,开发清洁可再生的海洋能源成为了现今社会的当务之急。其中,海洋能发电就是各个国家开发海洋能源战略的重要举措,横轴水轮机是海洋能发电机组的关键设备,其可以吸收海洋洋流的波浪能和潮流能,海流垂直方向和水平方向的作用力作用在水轮机叶片上,由此推动水轮机转动,水轮机主轴与直驱式发电机相连,实现海洋能发电。但由于横轴水轮机开发处于初级阶段,因此存在着获能效率低,实验前建立方程式求解横轴水轮机发电特性较难等问题。本文基于CFD方法以及Matlab/Simulink模拟仿真方法对横轴水轮机发电进行深入研究,提出优化叶片翼型和采用加装导流罩的方法来提高横轴水轮机的获能效率,并提出模拟仿真方法求解横轴水轮机发电特性,以下为本文的主要研究内容:(1)论文对叶片翼型进行了优化,首先对基本翼型横轴水轮机进行数值模拟分析,然后参照风力机叶片的优化研究和结构优化理论提出优化方法—切割翼型最远端,得到翼型优化算例。将不同优化算例的翼型结合基本翼型参数在Gambit软件中进行建模,设置边界和计算域,生成网格后导入Fluent软件中,给定初始条件进行仿真计算,通过比较各优化算例翼型对水轮机功率的影响,得到最优翼型;并比较最优解翼型与基本翼型水轮机的水动力特性,得到基本翼型和最优解翼型水轮机的升阻比及获能效率情况。(2)采用对横轴水轮机加装导流罩的方法,首先对导流罩以及水轮机加装导流罩组成的系统建立网格模型,并在Fluent软件中对导流罩的主要参数进行模拟分析,得出主要参数结果,扩口长度方面:导流罩随着扩口长度的增加,水动力性能变好,但根据整机协调,确定扩口长度为1500mm;开口张角方面:分析了从10°～30°不同的开口张角,最后确定开口张角为26°时导流罩水动力性能较好。对比分析了有导流罩和无导流罩的情况下横轴水轮机的获能效率,研究得出导流罩可以有效提高其获能效率;并对所设计导流罩进行水槽实验,实验结果验证了仿真计算结果的准确性。(3)通过Matlab/Simulink仿真方法来对横轴水轮机发电进行研究,以便于求得水轮机发电特性。首先通过流体仿真分析得出某特定条件下海洋能作用在基本翼型水轮机主轴上的转矩值。然后在Matlab/Simulink里建立发电系统模型,调用仿真计算得到的转矩数据作为动力源驱动发电机转动,发电机产生的电流经过整流滤波等元器件的处理,由输出窗口显示,由此获得了水轮机的发电特性。仿真结果与已完成的水槽实验结果吻合,故可以利用Matlab/Simulink仿真研究方法建立水轮机发电系统模型,同时有效地解决了用方程式求解横轴水轮机发电特性较难的问题。本文围绕着横轴水轮机发电进行深入研究,获得可以提高其获能效率的最优叶片翼型和导流罩的参数,并给出求解其发电特性的可行性方案,为横轴水轮机发电研究奠定了良好的基础。