随着能源需求的持续增加,环境与化石能源消费矛盾日益突出,可再生能源的开发是目前研究的热点。单一的可再生能源不能满足世界的能源需求。以海流能、风能为代表的可再生能源,其能量与流速的立方成正比,蕴藏量巨大。然而,当前的技术不能大规模并且高效的利用海流能,尤其是低流速海流能。本文提出利用椭圆柱绕流摆动提取海流能的装置,并通过试验和数值模拟开展了流固耦合特性和能量转化研究,对海洋海流能和低水头水能资源的开发利用提供科学的理论指导。椭圆柱绕流运动是绕固定轴的自激旋转,运动过程不断将来流动能转化为自激旋转椭圆柱的机械能,从而实现转化来流动能的目的。为了分析几何参数、运动参数以及来流的雷诺数对自激旋转椭圆柱的水动力和能量转化性能的影响,本文进行了如下研究工作:通过物理模型试验,研究了雷诺数,偏心距离比以及长短轴比对椭圆柱摆动角度以及摆动频率的影响。分析试验结果可知,雷诺数对椭圆柱的摆动角度影响不显著,但是雷诺数与椭圆柱的摆动频率呈良好的线性递增关系。椭圆柱的摆动角度随着偏心距离比和长短轴比的增大逐渐增大;偏心距离比和长短轴比对椭圆柱的摆动频率没有关系。采用计算流体动力学(CFD)—刚体动力学(RBD)耦合模型进行椭圆柱绕固定轴摆动的双向流固耦合数值模拟。基于动网格技术求解二维非定常不可压缩粘性流体N-S方程和SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型控制方程,研究不同长短轴比,不同偏心距离比以及不同雷诺数对椭圆柱绕流摆动的影响,分析椭圆柱表面旋涡的脱落和瞬时压力系数的变化。结果表明,流体绕流椭圆柱,其后部会产生周期性交替脱落的旋涡,从而在椭圆柱周围形成周期性的作用力,该作用力产生了绕轴的合力矩。椭圆柱在合力矩的作用下自激旋转。椭圆柱旋转可以带动周围流体旋转,使得椭圆柱表面的流体速度和压强发生变化。反映了流体和固体之间复杂的耦合作用。从能量角度出发,对椭圆柱体能量转化和流场所蕴含的能量进行理论计算,建立了能量转化效率的计算公式。讨论了雷诺数、偏心距离比以及长短轴比对椭圆柱系统的能量转化效率的影响。研究结果表明,椭圆柱系统的能量转化效率随着雷诺数、偏心距离比以及长短轴比的增大逐渐增大。圆柱系统的能量转化效率大于椭圆柱系统。此研究对低流速海流能和低水头水能资源的开发利用奠定了理论基础。