我国海洋能资源丰富,其中海流能开发潜力巨大,本文研究的偏心圆柱绕流发电装置的水动力学机理是当来流经过圆柱时,由于边界层脱落不均匀,就会产生周期性的力,从而导致摆动。该装置结构简单,建造成本低,在开发海流能方面有独特的优势。本文采用理论分析与模型试验相结合的方法研究偏心圆柱绕流摆动的运动规律以及能量转化效率,研究偏心距、阻尼以及雷诺数等参数对偏心圆柱水动力性能以及能量转化效率的影响,并应用混沌理论中的非线性时间序列分析方法判别偏心圆柱绕流动力系统的混沌特性,以探讨其运动规律。首先,搭建可在固定水深条件下调整来流速度的偏心圆柱绕流运动试验台,测量偏心圆柱绕流的摆动角度以及扭矩数据,研究不同参数对偏心圆柱运动的影响。将获取的扭矩以及角速度数据代入到偏心圆柱运动控制方程中,计算动力系统的阻尼值并加以验证。发现偏心圆柱绕流摆动需要一定的启动流速,存在临界启动雷诺数,其值与偏心距有关,不随阻尼的变化而变化;当来流雷诺数大于一定数值时,偏心圆柱的摆动频率出现锁定,小于该值时,摆动频率随来流雷诺数的增大而增大,但其斯特劳哈尔数保持不变;偏心圆柱绕流转化流体能量的效率与阻尼呈线性正比关系,随来流雷诺数的增大而减小,最大转化效率可达37%。其次,分析偏心绕流动力系统的混沌特性。根据混沌理论中的非线性时间序列分析方法,分析偏心圆柱的摆动角度数据。计算相应工况的时间序列的嵌入维数、时间延迟,并进行相空间重构,刻画三维吸引子以及庞加莱截面图,计算最大Lyapunov指数。发现偏心圆柱绕流动力系统的三维吸引子均为环状结构;庞加莱截面图为无序、散乱的点;最大Lyapunov指数均大于0,但数值较小,并且随着来流雷诺数的增加以及阻尼的增大而增加,说明偏心圆柱绕流动力系统为一弱混沌系统,其混沌程度随着来流雷诺数、阻尼的增加而加深,其运动规律可由线性方程近似拟合。最后,根据斯特劳哈尔数相似准则研究直径2m的原型偏心圆柱绕流在不同工况下的运动规律和能量转化效率规律,发现其在特定工况下的能量转化效率约为19%,低于模型试验的能量转化效率值。研究成果可为海流能开发利用装备的设计研发提供理论基础和试验依据。