传统能源的快速消耗和社会经济发展步伐的加快,使得能源转型成为走可持续发展之路的必然选择。由于海流能具有优越的可再生性、环保性及巨大的贮藏量等优点,已经被各国重点关注。水平轴海流能发电装置作为海流能资源开发的中坚力量,如何使之更高效利用双向海流进行发电仍有很大研究空间,潜藏着重大的学术价值和工程意义。本文基于500W水平轴海流能机组,分别从双向翼型设计、水动力学外形设计、极限载荷分析、结构有限元分析和双向叶轮性能分析等方面进行研究,探寻双向叶片设计的可行性和方案的合理性。各章节内容如下:第一章介绍了课题的研究背景,充分调研了海流能发电装置以及双向叶片的国内外发展现状,并在此基础上提出研究意义和研究内容。第二章对海流能机组双向叶片设计基本理论进行了分析,主要包括翼型的基本理论、叶素—动量(BEM)理论和以S型翼型为基础的双向翼型设计理论,并对计算流体动力学(CFD)基本原理进行推导求解,用于后续数值模拟。第三章依据双向翼型设计理论构造了双向翼型,并利用CFD方法进行二维翼型绕流数值模拟和分析,获得了性能较优的翼型。此外,进一步分析了优选翼型的压力分布和全攻角升阻性能,为后续设计提供计算参数。第四章基于叶素—动量理论建立双向叶片水动力外形模型并求解,以水动外形数据为依据建立TidalBladed仿真模型获取叶轮极限载荷,并对双向叶片进行了机械结构设计和校核,包括叶根结构设计、螺栓选择、静强度、扰度的校核和固有频率计算。第五章基于BEM和CFD方法对500 W水平轴海流能发电机组双向叶轮进行性能分析,主要包括功率系数、推力系数及表面空化情况分析,评估了双向叶片的性能,验证双向叶片设计方案的合理性。第六章对课题的研究工作进行总结,并提出进一步的研究方向。