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潮流能水轮机叶轮是机组捕获能量的核心部件，叶片水动力性能设计的好坏直接影响水轮机的获能效率和运行稳定性。除了潮流能发电装置自身的影响，复杂海洋环境也会对潮流能发电装置产生影响，所以对于在真实海洋环境中工作的潮流能水轮机，波流共同作用不可忽略。
本文根据水平轴潮流能水轮机的工作原理，利用叶素动量理论(BEM)，通过插值法对水轮机叶片进行初步设计。结合SolidWorks二次开发技术，实现潮流能水轮机几何建模参数化，为叶片优化奠定基础。
叶片优化分为叶片节距角优化和叶片弦长优化两部分。针对节距角优化，主要是通过调整叶片尖端的节距角，以期各层叶素均工作在接近翼型最佳攻角范围，提高功率系数。叶片弦长优化首先通过贝塞尔曲线拟合简化优化变量，之后利用Isight平台的遗传优化算法对弦长进行优化，以TSR=4，6，8下的功率系数的均值和方差作为优化目标。优化结果表明增加叶片中段和尖端的弦长，不仅增大了潮流能水轮机最优尖速比下的功率系数(最优尖速比TSR=6时的功率系数提高了2%)，更扩大了最优尖速比范围，使其更适用于工程实际。并且通过模型试验和海试验证表明优化结果准确、可靠。
在此基础上，开展了波流耦合作用研究，发现波浪的存在虽然会使得潮流能水轮机的性能产生一定程度的波动，但对于水轮机的平均性能只产生轻微的影响。之前的研究考虑的都是潮流能水轮机的叶片顶部距离水面有足够的水深，但随着潮流能水轮机机组的发展，当垂直方向排布不止一个潮流能水轮机时，随潮汐涨落变化其水深不一定符合要求。所以本文比较了当水轮机中心距离水面0.5D和1.5D时，潮流能水轮机在受波浪和水流作用下的水动力性能和稳定性。结果表明，0.5D时潮流能水轮机的平均功率系数和平均推力系数相较于1.5D时分别下降了大约1.2%和2.4%，但是此水深下的倾覆力矩最大为1.5D水深时所受倾覆力矩的16倍，将严重影响机组运行的安全性和稳定性。
本文根据水平轴潮流能水轮机的工作原理，利用叶素动量理论(BEM)，通过插值法对水轮机叶片进行初步设计。结合SolidWorks二次开发技术，实现潮流能水轮机几何建模参数化，为叶片优化奠定基础。
叶片优化分为叶片节距角优化和叶片弦长优化两部分。针对节距角优化，主要是通过调整叶片尖端的节距角，以期各层叶素均工作在接近翼型最佳攻角范围，提高功率系数。叶片弦长优化首先通过贝塞尔曲线拟合简化优化变量，之后利用Isight平台的遗传优化算法对弦长进行优化，以TSR=4，6，8下的功率系数的均值和方差作为优化目标。优化结果表明增加叶片中段和尖端的弦长，不仅增大了潮流能水轮机最优尖速比下的功率系数(最优尖速比TSR=6时的功率系数提高了2%)，更扩大了最优尖速比范围，使其更适用于工程实际。并且通过模型试验和海试验证表明优化结果准确、可靠。
在此基础上，开展了波流耦合作用研究，发现波浪的存在虽然会使得潮流能水轮机的性能产生一定程度的波动，但对于水轮机的平均性能只产生轻微的影响。之前的研究考虑的都是潮流能水轮机的叶片顶部距离水面有足够的水深，但随着潮流能水轮机机组的发展，当垂直方向排布不止一个潮流能水轮机时，随潮汐涨落变化其水深不一定符合要求。所以本文比较了当水轮机中心距离水面0.5D和1.5D时，潮流能水轮机在受波浪和水流作用下的水动力性能和稳定性。结果表明，0.5D时潮流能水轮机的平均功率系数和平均推力系数相较于1.5D时分别下降了大约1.2%和2.4%，但是此水深下的倾覆力矩最大为1.5D水深时所受倾覆力矩的16倍，将严重影响机组运行的安全性和稳定性。