由于潮流能的可预测性和储量巨大,它被认为是解决沿海地区和一些偏远岛屿供电困难的一种极具前途的可再生能源。叶轮作为水轮机的核心结构,一直是国内外专家所关注的焦点和难点。根据传统垂直轴水轮机具备的特点,本文设计了一种升阻复合式叶轮,旨在通过齿轮传动机构,实现叶片被动的变偏角,在获得较高的能量利用率的同时,也使叶轮获得大的启动力矩,从而有效地改善了传统升力型水轮机无法自行启动的弱点。通过Ansys Fluent软件,对升阻复合式水轮机的半转叶轮的水动力性能进行了分析,并探究了影响叶轮能量利用率的相关参数,对升阻型水轮机性能的改进和进一步研究具有一定的参考价值。首先,介绍了当前潮流能水轮机的研究背景、意义、国内外研究现状以及半转叶轮和变偏角水轮机的研究现状。面对国内研究落后于西方国家的现状,我国应加快脚步,深入研究和开发新能源。通过对当前研究方向、相关技术手段和已处于商业化运作的大型潮流能发电装置的回顾,综合当前垂直轴水轮机的特点,明确了本文的研究重点和方向。其次,基于半转机构的原理对双叶片半转叶轮的工作过程进行了分析。基于叶素理论的盘面流管模型建立了水动力计算模型。对叶片的运动和受力展开了研究,为后文的叶轮设计提供了理论基础。进行数据处理时,可结合理论分析的结果和数值模拟的结果对比分析。由于叶轮在转动时,叶片自身也在绕叶片中心轴旋转,可利用UDF来控制这种较为复杂的运动方式。然后,设计了一种能在低流速下有较高能量利用率的装置,对半转叶轮的参数进行了设置和研究了其水动力性能。根据半转机构的原理,可将系杆设计成旋转臂,用叶片取代半转构件的位置,从而设计出半转叶轮的三维模型。对模型简化,只保留叶片进行水动力分析。将叶片模型导入到ICEM中,创建计算域和完成网格划分后,再利用Fluent进行求解计算。到后处理模块,通过对结果的处理计算,分析了水轮机能量利用率和转矩系数随转速的变化情况。由于动力性能和流场密切相关,还分析和总结了流场变化规律,研究了半转叶轮能量利用率高的内部机理。之后,分别研究了不同来流速度、叶轮直径、叶片数目和叶片展弦比对半转叶轮能量利用率的影响。来流速度对能量利用率的影响很小,但来流速度越大,对应的最佳转速和输出功率也越大;叶轮直径对能量利用率的影响较大,因为叶轮直径影响了叶轮整体的疏密度,所以相对较小的叶轮直径能使能量利用率保持在较高的范围;更多的叶片数量会影响流场的流动,使流场变得更复杂,从而造成叶轮能量利用率低下;当叶片的展弦比为4时,叶轮的能量利用率最佳。通过对影响因素的分析,确定了叶轮参数和能量利用率之间的关系,对叶轮的设计研究具有重要价值。最后,基于翼型的设计理论和可逆翼型的设计方法,通过数值模拟对比常用的NACA4412翼型和NACA0012翼型的水动力性能,确定使用综合表现更好的NACA4412翼型作为原始翼型,设计出可适用于正反工况的S型可逆翼型。将NACA0012、NACA4412、N1、N2和平板这五种不同的叶型应用到半转叶轮中,分析不同叶型对半转叶轮能量利用率和转矩系数的影响规律。