随着世界范围内经济的发展，人类对能源的需求量逐年增长。海洋能是一种可再生的清洁能源，目前已经成为了世界各国重点开发的领域。潮流能水轮机是开发利用海洋潮流能的主要能量转换装置，垂直轴潮流能水轮机具有结构简单，可靠性高，不受水流方向的影响等优点，但是能量利用效率较低制约了它的发展和推广，变偏角式水轮机的效率和固定偏角相比有很大的提高。本文的主要工作是寻找一种叶片偏角的变化规律，达到提高垂直轴水轮机的能量利用率的目的。首先应用遗传算法对垂直轴水轮机的偏角运动规律进行优化，选取单盘面多流管法作为个体适应度的计算方法，把垂直轴水轮机效率最大化作为优化目标，得到优化结果。基于偏角优化结果并结合工程应用的可实现性，本文对优化结果进行了一定的处理，提出了描述偏角变化规律的公式。论文采用CFD方法对以上优化出的偏角规律进行验证。使用二维网格对各种垂直轴水轮机进行大量的数值模拟结果表明优化后水轮机效率得到了明显的提升，证明偏角变化规律的有效性。论文还对水轮机的三维效应进行了数值研究。速比较高时，叶片的三维效应会降低水轮机的效率，这种影响会随着叶片展弦比的加大而减小。在叶片的端部加装挡板结构可以减小三维效应的影响。在低速比时三维模拟的效率却高于二维模拟。