随着化石能源面临着越来越严峻的匮乏局面,清洁无污染的潮流能正逐渐得到世界各国的广泛关注。作为潮流能主要的获能装置,竖轴潮流能水轮机以其简单的结构形式,低廉的制造成本,高效的获能效率而备受研究人员青睐。潮流能电站中由于机组建造及维护成本的限制,单机组水轮机的应用意义不大,而拥有大规模水轮机阵列的潮流能电站才更能彰显潮流能利用的经济价值,因此探究水轮机阵列的干扰效应及在有限的潮流场中合理布置水轮机组是潮流能电站发电规模化所涉及的重要问题。本篇论文首先介绍了竖轴潮流能水轮机的受力特性与工作原理,并通过与实验数据对比得出基于开源流体力学软件OpenFOAM的二维数值模拟方法对研究竖轴潮流能水轮机具有一定的准确性与可行性。之后基于该数值模拟方法对单机组竖轴水轮机进行研究,得到了水轮机功率变化规律及受力特性,分析了速度入口湍流度对水轮机能量利用率的影响。随后,文章系统地研究了串列布置、并列布置及错列布置双机组竖轴水轮机阵列中机组之间的干扰效应,着重分析了机组间距、旋转形式、初始位置角之差等因素对机组阵列水动力性能的影响规律,得出了并列外对转双机组形式为最优布置方案的结论,同时并列水轮机间较小的横向距离有利于功率的输出,但过小的横向间距则会使叶片安装以及机组的日常维护变得困难;此外通过合理选取机组的初始位置角之差可降低机组载体的受力波动幅度。最后,文章引入对称简化模型研究了单列及双列排布的多机组竖轴水轮机阵列,在比较不同布置方案中机组受力特性的同时,详细分析了机组阵列尾流场特征,研究发现异向对转形式的单列多机组水轮机阵列对能量的获取较有利,得出的阵列优化方案为竖轴潮流能水轮机的大规模多排布置提供了设计基础。本文通过对竖轴潮流能水轮机阵列的系统研究揭示了机组之间的干扰机理、干扰形式以及干扰结果,研究过程中综合考虑了机组获能能力与受力特性,从水动力学角度提出了竖轴潮流能水轮机阵列排布方案及应遵循的基本原则,为潮流能电站中机组的实际布放提供了理论依据,对潮流能开发的商业化、规模化推广具有一定指导意义。