发展可再生能源是应对化石燃料短缺和环境污染等问题的最佳选择。波浪能是一种很重要的海洋可再生能源,广泛地分布于海洋表面。深海中,波浪能资源储量更为丰富,能流密度高,品质较好。离岸振荡水柱（OWC）波能转换装置由于具有结构简单、易于维护等优点受到了全世界的关注。然而,离岸OWC波能装置的波能转换效率较低,有效频带宽度窄;另外,非线性波浪对离岸OWC波能装置的水动力荷载及运动响应的作用机理还不是很明确。因此,本文利用理论分析、数值模拟和模型试验相结合的方法对离岸OWC波能装置的水动力性能展开了研究和优化,以期提高离岸OWC波能装置的能量转换效率和生存能力。基于势流理论,建立了可以模拟离岸OWC波能装置水动力性能的开敞水域二阶时域高阶边界元模型。为了模拟能量摄取系统和流体粘性的影响,在OWC波能装置气室内一阶和二阶自由表面边界上分别引入了气动阻尼和人工阻尼,建立了气液耦合的非线性气动模型。该数值模型可以准确地模拟离岸OWC波能装置的水动力性能,包括OWC波能装置的气室波面、气压、气室壁动水压力、波浪荷载以及波能俘获效率等。运用基于细长杆理论的有限元模型模拟锚泊缆索的动力特性,采用Newmark-β法同时对浮体耦合运动方程及系泊缆索动力方程进行求解。采用数值预测和试验模拟相结合的方法分别对蘑菇形、单气室和双气室OWC波能装置的水动力性能进行了模拟研究,并将数值模拟结果与试验结果进行对比验证。系统地探讨了波浪要素、气室几何参数（气室宽度、吃水、开孔率）和系泊刚度等对OWC波能装置的波能俘获的影响。模拟结果表明,二阶谐波不仅会导致共振时装置的波能俘获效率的降低,而且会造成低频波浪作用下的水平荷载和力矩的增加;存在特定频率的入射波能够激发气室波面二阶晃荡式的共振现象,并且该现象导致了装置水动力荷载的增加;OWC波能装置的波能俘获效率会随着入射波浪非线性的增加而降低;通过引入外气室,拓宽了单气室OWC波能装置的有效频带宽度。基于建立的二阶时域高阶边界元模型,进一步对不同阵列形式的OWC波能装置的水动力性能展开了模拟研究。分析了波浪入射方向和装置间距对波能俘获效率、波浪荷载以及波浪场分布的影响规律。研究发现,由于装置间多重绕射的影响,阵列布置能够明显提高OWC波能装置的波能俘获效率,特别是迎浪侧装置;阵列装置间窄缝共振现象会造成OWC波能装置水平荷载的增加。通过分析浮式锚链的三个和四个OWC波能装置集成平台的水动力性能,发现系泊缆索与浮式集成平台间的耦合作用可以增强OWC波能装置对特定频率波浪能量的俘获能力,为OWC波能装置与浮式海工结构的集成研究奠定了基础。