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绿色可再生能源是当今各国的重点研发方向，在诸多可再生能源中，海流能由于储量丰富、分布广泛等优势，成为沿海国家的研究焦点。基于涡激振动原理的低流速海流能发电技术是一项较新的发电技术。该技术利用柱体涡激振动获取周围水域的水流动能，进而转化为电能或其他形式的可利用能源，得到了广泛关注。在实际应用中要想大规模地开发利用海流能，涡激振动发电装置必须由双圆柱体或多圆柱体组成。为此，本文以串列双圆柱体为研究对象，开展了双圆柱体涡激振动特性研究，并在此基础上探究了不同参数对双圆柱体能量捕获特性的影响。本文主要工作内容与结论如下：
首先，介绍了双圆柱体涡激振动数值模拟、实验研究以及能量转化等方面的研究进展。阐述了尾流漩涡脱落原理，影响柱体涡激振动的主要无量纲参数，以及数值模拟过程中涉及到的控制方程、数值模拟方法等。推导了柱体能量转换数学模型，得到了影响柱体能量捕获特性的关键参数。建立了弹性支撑、单自由度运动的单圆柱体三维数值验证模型，对网格和时间步长进行了无关性验证，筛选得到了最佳的时间步长和网格密度。此外，对验证模型在Re=3900下进行了数值模拟，将数值结果与实验结果进行了对比，验证了本文数值模型和数值计算方法的有效性。
其次，建立了弹性支撑、单自由度运动的串列等直径、不等直径双圆柱体三维数值模型，并进行了数值模拟。对数值模拟结果从振动响应特性、水动力特性、尾流漩涡形态等三方面进行了详细分析。结果表明：双圆柱体的振动响应存在相互的干扰作用且受间距影响，干扰作用随间距增大逐渐减弱；水动力特性主要受间距比G/D、约化速度Ur、直径比d/D影响。间距大小影响水动力波动程度。约化速度影响水动力幅值。直径比影响水动力变化的区间范围；尾流漩涡形态主要受间距、约化速度、直径比影响。间距大小影响尾涡分布形态，约化速度影响尾涡强度，直径比影响尾涡脱落模式。
最后，对双圆柱体的捕能功率和能量转化效率进行了详细的对比分析。结果表明：不等直径双圆柱体的捕能功率远高于同工况下等直径双圆柱体的捕能功率。经过对比分析，选取直径比d/D=0.6、间距比G/D=2~4的双圆柱体，涡激振动获能装置可获得较多的水流动能；能量转化效率主要受间距比G/D、直径比d/D和约化速度Ur的影响。各间距下的不等直径双圆柱体捕能效率均高于同工况下等直径双圆柱体的捕能效率。综合考虑，为获得较高的捕能效率，当G/D＜3时，涡激振动获能装置可选取d/D=0.4、Ur∈(4,7)的双圆柱体。当G/D＞3时，涡激振动获能装置可选取d/D=0.8、Ur∈(4,6)的双圆柱体。
本文通过对等直径、不等直径双圆柱体涡激振动数值模拟分析研究，验证了该装置获能的可行性，为双圆柱体涡激振动海流能发电装置的优化设计提供了参考依据和理论基础。
首先，介绍了双圆柱体涡激振动数值模拟、实验研究以及能量转化等方面的研究进展。阐述了尾流漩涡脱落原理，影响柱体涡激振动的主要无量纲参数，以及数值模拟过程中涉及到的控制方程、数值模拟方法等。推导了柱体能量转换数学模型，得到了影响柱体能量捕获特性的关键参数。建立了弹性支撑、单自由度运动的单圆柱体三维数值验证模型，对网格和时间步长进行了无关性验证，筛选得到了最佳的时间步长和网格密度。此外，对验证模型在Re=3900下进行了数值模拟，将数值结果与实验结果进行了对比，验证了本文数值模型和数值计算方法的有效性。
其次，建立了弹性支撑、单自由度运动的串列等直径、不等直径双圆柱体三维数值模型，并进行了数值模拟。对数值模拟结果从振动响应特性、水动力特性、尾流漩涡形态等三方面进行了详细分析。结果表明：双圆柱体的振动响应存在相互的干扰作用且受间距影响，干扰作用随间距增大逐渐减弱；水动力特性主要受间距比G/D、约化速度Ur、直径比d/D影响。间距大小影响水动力波动程度。约化速度影响水动力幅值。直径比影响水动力变化的区间范围；尾流漩涡形态主要受间距、约化速度、直径比影响。间距大小影响尾涡分布形态，约化速度影响尾涡强度，直径比影响尾涡脱落模式。
最后，对双圆柱体的捕能功率和能量转化效率进行了详细的对比分析。结果表明：不等直径双圆柱体的捕能功率远高于同工况下等直径双圆柱体的捕能功率。经过对比分析，选取直径比d/D=0.6、间距比G/D=2~4的双圆柱体，涡激振动获能装置可获得较多的水流动能；能量转化效率主要受间距比G/D、直径比d/D和约化速度Ur的影响。各间距下的不等直径双圆柱体捕能效率均高于同工况下等直径双圆柱体的捕能效率。综合考虑，为获得较高的捕能效率，当G/D＜3时，涡激振动获能装置可选取d/D=0.4、Ur∈(4,7)的双圆柱体。当G/D＞3时，涡激振动获能装置可选取d/D=0.8、Ur∈(4,6)的双圆柱体。
本文通过对等直径、不等直径双圆柱体涡激振动数值模拟分析研究，验证了该装置获能的可行性，为双圆柱体涡激振动海流能发电装置的优化设计提供了参考依据和理论基础。