目前人类对能源需求日益增长,同时传统化石能源存量日益减少,可再生能源开发利用成为全球可持续发展的重要支撑。海流能作为一种可再生能源以其存量大、绿色清洁等特性而被世界各国关注。然而全球范围内很大部分海域流速较低,如何使低流速海域海流能资源得到高效利用,是海洋能开发领域的重要研究内容,并潜藏着重大的工程价值和战略意义。本文对低流速海流能机组叶轮结构进行研究,分别从翼型结构优化、基于不同叶片数目配置的叶片水动力学外形设计及聚流罩设计等角度出发,完成了低流速叶轮能量捕获特性及其结构特性方面的研究。论文各章节内容如下:第一章介绍了本课题的研究背景,分别对常规流速(通常2m/s以上)条件下和低流速条件下海流能发电机组的发展现状进行了阐述,提出了本文的研究内容与意义。第二章对叶片设计基本理论和翼型优化设计方法进行了介绍,主要对基于叶素动量理论的设计方法、翼型参数化表达和翼型优化方法进行阐述。第三章对不同翼型进行CFD仿真分析,确定了低流速叶片基础翼型,并基于遗传算法对该翼型进行优化。分析了翼型的压力分布和升阻性能,为后续叶片设计提供参数依据。第四章基于叶素动量理论对不同叶片数目时的叶片水动力结构进行设计,通过对比分析它们的启动性能、捕能效率和轴向推力,确定了叶轮最佳结构配置。最后对叶片的机械特性进行了校核,包括静强度、挠度和固有频率,并对叶轮表面空化进行了分析。第五章为有效提高低流速的利用效率,减小捕能机构尺寸,基于负压理论,设计了不同参数形式的聚流罩,并利用CFD方法对其海流增速效果进行仿真分析,确定了具有最佳增速效果的聚流罩结构。通过将聚流罩与叶轮整体仿真,验证了聚流罩对增大叶轮能量捕获效率的有效性。最后在舟山摘箬山海域搭建了低流速双向叶轮性能测试系统并进行了相关试验。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。