垂直轴水轮机因其转子轴向与来流方向垂直而得名。在潮流能转换装置中,以其特有的优势占据着极其重要的地位。然而传统的垂直轴潮流能水轮机在实际的工程运行中,存在着诸多不足之处,如效率低,自启动困难,可靠性差等缺点。本文针对垂直轴水轮机的不利之处,借鉴垂直轴风力发电机的变偏角控制策略,将其引申到了潮流能水轮机。通过与传统的固定叶片偏角的水轮机相比较,并对变偏角水轮机的性能参数进行了详细分析,最终提出了优化的叶片变偏角的控制策略,文中主要关于叶片偏角正弦变化的控制策略进行了CFD数值模拟。研究发现叶片偏角正弦变化的垂直轴水轮机的水动力性能相对于固定偏角明显提高。首先对垂直轴变偏角水轮机流场域进行运动区域的划分,利用ICEM前处理软件将流场空间离散化。在叶片附近区域采用了O-C型block结合的方式生成二维网格,有效地处理了叶片尾缘尖锐区网格变异的情况,从而提高了网格的质量。网格区域间采用滑移网格运动方式。本次模拟考虑到水轮机真实的启动过程,水轮机流体域的入口处通过导入UDF自定义函数(来流速度从零增加直到流速稳定状态)作为边界条件而非通常采用的强迫式驱动速度。求解器用Fluent,并采用了基于Navier-Stokes方程的剪切压力传输(SST)k-ω模型求解。然后针对不同负载系数下的固定叶片垂直轴水轮机水动力性能进行预测,确定发电效率最高时的最优尖速比为2.0。分析发现:变偏角之所以能提高水动力性能,主要在转子上游区,变偏角能延迟叶片失速。另外变偏角水轮机的最大发电效率比固定偏角叶片水轮机提高了30%,其同时输出功率和转动角速度的脉动情况有所降低。文中数值模型所采用的水轮机的结构参数下得到的最优幅值偏角变化区间为5°-10°。参考数值模拟所获得的变偏角参数,在造流循环水槽中进行了部分实验验证,对自由变偏角叶片的水轮机水动力性能进行了分析。结果发现叶片变偏角的水轮机自启动性能大为改善,效率和转矩系数也比固定偏角水轮机明显提高。