叶片作为叶轮式潮流能水轮机的核心部件,其水动力学性能将直接影响潮流能水轮机的发电效率。研究发现仿座头鲸鳍状肢前缘结节在提升机翼气动性能方面有着良好的效果,本文主要通过水槽实验和数值模拟同时对前缘结节对潮流能水轮机直叶片的水动力学性能的影响进行研究,为以后带前缘结节的仿生叶片用于潮流能水轮机研究提供实验基础。首先,通过水槽实验研究了雷诺数对前缘结节改善叶片水动力学性能的影响。雷诺数是流体力学研究中重要的研究参数,本文以翼型截面为NACA0018前缘光滑的标准叶片模型和带前缘结节的仿生叶片模型作为研究对象,通过水槽模型实验研究了四组不同雷诺数分别为0.4×10~5、1.2×10~5、1.6×10~5、2.2×10~5时,前缘结节对潮流能水轮机叶片的水动力学性能的影响。实验结果表明:来流迎角小于33°时,仿生叶片和标准叶片在四组不同雷诺数下的升力系数、阻力系数和升阻比特征曲线有着相同的变化趋势,虽然仿生叶片较标准叶片的最大升力系数有所损失,但前缘结节起到明显延迟失速和减阻的效果,且在失速区,仿生叶片最大升力系数较标准叶片最大增大14.09%,阻力系数最大减小30.28%,升阻比最大提高63.64%。说明带前缘结节的仿生叶片水动力学性能明显优于标准叶片。其次,在Re=0.4×10~5下,通过流场显示实验对前缘结节对叶片周围流场的影响进行研究。通过染色剂染色法追踪标准叶片截面和仿生叶片波峰和波谷处截面流场变化情况,结果表明:仿生叶片在波谷处更加容易发生流动分离现象,而在波峰处流动不容易发生分离,且由于波峰两侧容易形成反向涡和自由涡,从而起到抑制流动分离,实现延迟失速的效果。最后,通过数值模拟的方法进一步研究前缘结节对流场的作用机理。当雷诺数为Re=3.6×10~5时,通过ANSYS CFX软件对仿生叶片模型和标准叶片模型进行数值模拟分析,结果表明:仿生叶片最大升力系数相比于标准叶片最大升力系数提高4.755%,阻力系数最大减小47%;升阻比最大提高11.94%。并对叶片表面压力和流线进行分析得到与流场显示相同的结论。通过研究结果发现前缘结节和涡流发生器有相似的工作原理。本文所做的水槽实验和数值模拟所得到的结果可作为带仿座头鲸鳍状肢前缘突起叶片的潮流能水轮机研究的基础。