基于以上背景，我实验室海洋可再生能源利用创新团队首席科学家、中山大学马勇教授，团队博士研究生张爱明、朱元瑶等提出一种垂直轴螺旋型水轮机的方案，基于该方案的水轮机具有自启动性能好、输出波动小、能量转换效率高等特点。
该研究基于田口设计方法，利用CFD数值模拟软件，对水轮机翼型、桨距角、包率、密实度和小轴位置五个参数进行优化研究，形成定型方案。首先，基于田口正交试验将1024种设计模型简化为16个优化设计方案，形成五因素四水平正交矩阵评价体系。然后，使用流驱动旋转方法对多模型进行CFD仿真模拟，并对各个模型的计算结果进行信噪比分析。最后，基于效率最优得出的水轮机优化模型翼型为NACA0020，桨距角β=0°，包率ϖ=1.25，密实度σ=0.382，小轴位置O=0.5。研究发现，优化后的垂直轴螺旋型水轮机比直叶片水轮机输出波动率减小了8.04倍;最低自启动转矩系数提高了15.9%，自启动性能得到优化;效率比初始设计提高了17.59%。为了验证该结果的有效性，团队创造性地设计了力矩测量装置，对水轮机效率进行了实地测试，其测试结果与数值计算结果吻合良好。该项研究有助于提升垂直轴水轮机发电的持续性与稳定性，有利于潮流能等资源的开发与利用。
