随着世界范围内不可再生能源减少,各国纷纷加大对清洁可再生能源的开发利用。海洋中有多种存量丰富的能源,其中海流能理论蕴藏量较大。目前国内外有多种形式的海流能利用装置在运行,其中垂直轴水轮机结构简单、可靠性高得到了大力发展,但目前垂直轴水轮机的能量利用效率偏低,有较大提升空间。本文以提高垂直轴水轮机能量利用率为主要目标,提出一种垂直轴海流能发电装置。首先对水轮机水动力性能的研究方法进行简要介绍和总结,再对叶片进行受力分析,将叶片的受力分解到叶轮上,完成叶轮的运动分析,得出水轮机能量利用率的计算公式,分析出利用率与多种因素有关,叶片偏角规律是其中一个重要因素。在结合国内外现有发电装置和目标海域情况的基础上,提出一种10k W垂直轴海流能发电装置,并对样机的基本设计参数进行确定。叶轮由采用中部双支撑安装的三个直叶片组成,载体形式为坐底式,同时完成材料选择、防腐和发电机的选型。在风力机变偏角控制方式的基础上,对水轮机变偏角机构进行重点设计,在Solidworks中进行样机的建模和装配。以单盘面多流管理论为基础,将水轮机利用率作为目标函数,叶片偏角为优化变量,采用序列二次规划算法结合遗传算法对函数进行优化,借助Matlab软件实现,得出不同速比下的偏角规律,为了便于机构控制,利用cftool工具对偏角规律进行多项式拟合,最终得到一组连续的偏角函数,以拟合后的偏角规律为基础进行能量利用率的计算,与摆线式偏角规律的能量利用率进行对比,结果显示各速比下优化后偏角规律下的叶轮能量利用率均有提升。在ANSYS软件中运用CFD方法,对上述偏角下的水轮机进行仿真分析,首先对水轮机模型进行简化,再利用ICEM软件进行前处理;在叶片周围采用O-C型网格,同时对叶片周围进行网格加强,这样可以提升网格的质量,提高仿真的真实性;导入UDF自定义函数以完成偏角规律的实现;在不同叶尖速比下以固定偏角规律、摆线式偏角规律、优化后偏角规律三种规律为对比,结果显示优化后偏角规律可以提高水轮机的利用率,不同偏角规律的最佳尖速比位置不同。