海洋潮流能是可再生能源的一个重要门类，对解决我国的能源危机和环境问题具有重要意义，因此潮流能开发技术的研究成为目前研究的热点。海洋环境复杂多变，实际海洋环境中运行的水轮机的性能会受到各种因素的影响。为保证水轮机能够安全稳定高效的运行，必须对大型潮流能水轮机在复杂海洋环境中的水动力性能进行研究。借鉴于风力机技术的潮流能水轮机，实际运行中获能系数偏低，叶片是水轮机组获能的主要部件，因此叶片结构的优化设计也就显得尤为重要。本文以50kW潮流能水平轴水轮机组发电装置的研制为研究背景，首先介绍了水轮机叶片设计的基本理论，包括翼型理论、叶素—动量理论，应用Wilson设计方法对50kW潮流能水轮机进行叶片设计，建立叶片的三维模型。通过CFD方法，应用Fluent软件对各种复杂工况下水轮机的水动力性能进行分析，找到各种复杂工况对水轮机性能的影响规律。针对水轮机具体的运行环境，以提高水轮机获能为目标，应用遗传算法对叶片外形进行优化设计。通过对比实际工况下水轮机的获能，得知优化的叶片获能较原叶片有明显提高，基本满足设计要求，证明应用遗传算法进行叶片优化的可行性。应用有限元方法对优化的叶片进行有限元分析，通过对叶片进行静强度分析、模态响应分析和疲劳寿命分析，得知优化的叶片满足使用要求，确保水轮机组运行的稳定性。