潮流能在新能源开发利用中占据重要地位,是一种潜力颇大的清洁可再生能源。国内外运行的潮流能发电系统按其载体结构形式可分为漂浮式、桩柱式和重力式等,由于漂浮式潮流能电站载体适用水深范围大、安装维修方便等优点得到广泛的认可。然而,浮式潮流电站载体的水动力和运动十分复杂,若按常规的船舶或浮式海洋结构来处理,将水轮机的水动力按一定比例的阻尼直接加到载体上,不考虑水轮机与载体的流场相互干扰,这种粗略的估计方法所导致的偏差可能很大。因此,研究带有潮流能水轮机的浮式载体在风浪和急流中的水动力及其运动特性是潮流能电站设计的关键问题之一。本文研究浮式载体带有立轴潮流能水轮机的水动力学问题,在势流理论的框架下建立波浪中带有水轮机的浮式载体的运动方程,研究载体加水轮机的水动力及其运动的计算方法,探讨水轮机对载体水动力及运动的影响规律。首先,概括了潮流能的利用、潮流能发电站以及立轴潮流能水轮机技术的发展现状,对立轴水轮机的水动力计算理论以及一般浮体在波浪中运动的势流理论进行了综述;然后,基于牛顿第二定律,将运动流体中水轮机的受力作为外载荷加到载体上,建立了浮式载体加水轮机在波浪中的一般运动方程。对于微幅波浪的情况,研究浮式载体加水轮机运动方程的频域求解方法:将载体在规则波中的六自山度运动分解为辐射问题和绕射问题,获得规则波中载体水动力系数的速度势表达以及频域运动微分方程;对于立轴水轮机随浮体在波浪中运动的受力问题,基于切片理论建立直叶片水轮机的水动力模型,并表达为水动力导数的形式。作为本文带有水轮机的浮体水动力学模型和六自由度频域求解方法的应用,不失一般性,研究典型的圆盘型浮式载体在规则波中作纵荡和纵摇运动的问题。首先列出立轴水轮机在水流中作纵荡和纵摇运动时的受力表达式,进而导出了载体加水轮机纵荡、纵摇两个自由度的运动方程。数值计算时,以水轮机处于不旋转的状态作为研究算例,分别取水轮机叶轮处于0°、45°和90°位置角作为研究对象。将水轮机在均匀流中受力的CFD模拟结果,拟合为叶轮各个位置角时水轮机的水动力导数。对载体加水轮机的频域运动方程采用MATLAB语言进行编程求解,分别求得了无水轮机载体、载体加水轮机纵荡和纵摇运动的水动力和运动幅值数值结果;研究了水轮机在不同叶轮位置角时对载体的水动力和运动幅值产生不同程度影响的规律。