收稿日期：2022-01-28

基金項目：國家自然科學基金面上項目（52171255；51979062）；工信部高技術船舶科研專項（MIIT2019357）

通信作者：孫 科（1978—），女，博士、教授、博士生導師，主要從事計算流體力學、海洋可再生能源方面的研究。sunke@hrbeu.edu.cn

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0132 文章編號：0254-0096（2023）06-0015-09

摘 要：為探究強迫縱搖運動對浮式潮流能水輪機水動力性能的影響，該文基于改進延遲分離渦模型（IDDES）與滑移網格技術相結合的方法，建立了浮式潮流能水輪機旋轉和縱搖耦合運動的CFD數值模型。首先選取潮流能水輪機的水槽試驗結果來驗證所建立的數值模型的計算精度，其次在不同縱搖頻率和縱搖幅值下，對浮式潮流能水輪機開展三維非定常模擬。研究結果表明：1）水輪機水動力系數（能量利用率系數和軸向載荷系數）的整體波動頻率為縱搖頻率的兩倍，同時伴隨著頻率為葉輪轉頻的高頻脈動；2）隨著縱搖頻率的增加，水輪機平均水動力系數略有增加，而隨著縱搖幅值的增加，其平均水動力系數略有減小，但均小于無縱搖工況下的平均水動力系數；3）在縱搖最大振幅位置處，水輪機各葉片迎流面承受不同程度的水壓載荷?？v搖運動對平衡位置和最大振幅位置處的尾跡均有影響，且尾跡出現(xiàn)較為明顯的低速區(qū)擺動現(xiàn)象。

關鍵詞：潮流能水輪機；縱搖運動；水動力性能；葉片載荷；尾跡擺動

中圖分類號：TK513.5 " " 文獻標志碼：A

0 引 言

伴隨著經濟的快速增長，人類對能源的需求更加迫切。隨著傳統(tǒng)能源的不斷開采，全球的環(huán)境問題日益嚴峻，因此可再生能源逐漸受到世界各國學者的關注［1］。目前水利工程、陸上風電等重點可再生能源發(fā)電技術已發(fā)展較為成熟，而海洋能作為一種儲量豐富的可再生能源在中國開發(fā)程度較低，因此可再生能源逐漸向海洋能方向發(fā)展，潮流能作為一種重要的海洋能因其具有獨特的優(yōu)勢而備受關注［2］。潮流能水輪機是浮式潮流能電站的關鍵部件，水輪機的水動力性能優(yōu)劣將直接影響電站的發(fā)電效率。水平軸和垂直軸水輪機是潮流能開發(fā)過程中最常用的兩種旋轉機械裝置，水平軸水輪機具有流動干擾小、扭矩輸出穩(wěn)定、發(fā)電效率高等獨有的特點，因而受到多數工程應用的青睞［3-4］。

在固定式潮流能水輪機方面，目前大多數的研究主要集中在均勻流［5］、剪切流［6-7］、湍流強度［8-10］、地表粗糙度［11］、邊界阻塞效應［12-13］、自由液面效應［14-15］、偏航效應［16-19］、不同波浪參數［20-22］、波流耦合［23-24］以及多機組陣列［25-26］等方面。目前各種不同的復雜海洋環(huán)境對固定式潮流能水輪機產生的非線性影響已被充分研究，較為成熟。然而，浮式潮流能水輪機在海洋波浪的誘導作用下會產生六自由度搖蕩運動，進而影響水輪機的水動力性能，此方面的研究由于模型試驗難以進行，還不夠深入，機理尚不清晰。目前國內外關于浮式水輪機耦合運動的研究，通常采用數值模擬的方法來完成，大多數的研究均基于雷諾時均法（Reynolds average Navier-stokes，RANS），將波浪作用下浮式水輪機的全耦合運動簡化為單自由度強迫運動的方式來展開。RANS方法存在流場模擬的精細化程度不足的問題，因此這些研究主要分析水輪機的受力特性，通常缺乏對尾跡流動機理的分析。

在浮式潮流能水輪機方面，文獻［27］采用動網格和RANS相結合的方法，通過CFX軟件中的CFX表達式語言（CFX expression language，CEL）接口實現(xiàn)了潮流能水輪機的強迫縱蕩運動，結果表明葉輪水動力系數的波動與縱蕩頻率和縱蕩幅值成正相關，但是僅分析了葉輪的受力特性，缺少對尾流場的分析。文獻［28］采用動網格和RANS相結合的方法，研究潮流能水輪機不同縱蕩頻率和縱蕩幅值下的水動力系數，并基于最小二乘法擬合出縱蕩運動下水動力系數的近似公式，但是研究中同樣缺少對尾跡和尾渦流動機理的分析。姜勁等［29］采用滑移網格、動網格和RANS三者相結合的方法，研究橫蕩和艏搖的同頻及不同頻耦合運動對垂直軸潮流能水輪機水動力性能的影響，結果發(fā)現(xiàn)橫蕩運動對水動力系數的影響大于艏搖。文獻［30］采用重疊網格和分離渦法（detached eddy simulation，DES）相結合的方法，對垂直軸風力機的縱蕩運動進行研究，發(fā)現(xiàn)風力機氣動性能隨縱蕩幅值的增加而增加，隨縱蕩周期的增加而減小。

綜上，目前對潮流能水輪機的研究主要集中在兩方面：1）在固定式潮流能水輪機方面，不同海洋環(huán)境下的試驗和數值研究；2）在浮式潮流能水輪機方面，采用RANS和動網格技術相結合的方法，將浮式水輪機的全耦合運動簡化為葉輪的單自由度強迫運動，但是目前的研究由于數值模擬的精細化程度不足，導致結果分析中缺乏對尾跡以及尾渦流動機理的分析。本文以水平軸潮流能水輪機為研究對象，基于改進延遲分離渦模型（improved delayed detached eddy simulation，IDDES）與滑移網格技術相結合的方法，建立浮式潮流能水輪機旋轉和縱搖耦合運動的計算流體力學（computational fluid dynamics，CFD）數值模型。在驗證數值模型精度的基礎上，對不同縱搖頻率和縱搖振幅下的潮流能水輪機水動力性能及尾流場展開研究，以期對浮式潮流能水輪機的商業(yè)化運行提供指導意義。

1 計算模型及方法

1.1 計算模型

計算模型選用河海大學自主設計的三葉片水平軸潮流能水輪機［31］，其葉片和支撐結構采用6061-T4鋁經六軸聯(lián)動數控機床加工而成。水輪機葉片的基礎翼型為標準NREL S822/S823翼型，弦長和扭角沿半徑方向的變化如表1所示。水輪機的基本特征參數為：葉輪直徑[D=0.3] m，輪轂直徑[Dnacelle=0.05 m]，輪轂長度[Lnacelle=0.17] m。水輪機設計工況的流速[V=0.4] m/s，設計葉尖速比[λ=3.9]。模型試驗的轉速控制采用Arduino Uno系統(tǒng)，更多模型參數可參考文獻［31］。

根據表1中的參數完成水輪機三維模型的建立，采用以下無量綱參數（能量利用率系數[CP]和軸向載荷系數Cz），來定量分析潮流能水輪機的水動力性能。

能量利用率系數[CP]為：

[CP=M?ω0.5ρAV3 ] （1）

軸向載荷系數[Cz]為：

[Cz=Fx0.5ρAV2] （2）

式中：[M]——水輪機受到的扭矩，N·m；[ω]——水輪機轉速，r/min；[ρ]——流體密度，kg/m3；[A]——水輪機迎流面的掃掠面積，m2；[V]——來流速度，m/s；[Fx]——水輪機受到的軸向推力，N。

1.2 計算域尺寸與耦合運動實現(xiàn)

將波浪作用下浮式潮流能水輪機系統(tǒng)的全耦合運動，簡化為水輪機的單自由度強迫運動，探究強迫縱搖運動對水輪機水動力性能的影響［32］。本文采用區(qū)域分割方法來實現(xiàn)葉輪旋轉與縱搖的耦合運動，將整個計算區(qū)域劃分為流道域、縱搖域和旋轉域。強迫縱搖運動中忽略支撐結構的影響，同時為了降低計算域邊界阻塞效應對流動的影響［12］，數值模擬中流道域長度為[20D]，寬度和高度均為[10D]，葉輪中心距離計算域入口為[5D]。葉輪縱搖運動中心位于全局坐標系的原點，葉輪旋轉中心距離縱搖中心0.175 m（[0.058D]）。水輪機旋轉與縱搖的耦合運動，主要通過縱搖域內部疊加旋轉域的方式來實現(xiàn)?？v搖域的幾何外形采用圓柱體，縱搖運動通過縱搖域圍繞縱搖中心做往復旋轉來實現(xiàn)。旋轉域圍繞葉輪中心做旋轉運動的同時，以相對疊加運動的方式跟隨縱搖域做縱搖簡諧運動。

1.3 網格劃分與邊界條件

網格劃分是有限體積法數值離散的基礎，模型拓撲結構的復雜程度決定了網格的數量和質量。為了兼顧計算精度和效率，本文采用混合網格方法（結構網格與非結構網格）來離散整個計算域。在拓撲較為簡單的區(qū)域（縱搖域和流道域）采用結構化網格劃分，縱搖域中采用O型和Y型結合的網格劃分方法，盡量使網格的生成沿著尾流發(fā)展方向，以提高計算精度。為了更好地捕捉尾流場的流動細節(jié)，在流道域中水輪機附近區(qū)域進行網格加密。另外，旋轉域中包含三維扭曲的葉片，拓撲結構更為復雜，采用非結構方法生成網格，葉片表面第一層網格為0.0008 m，經網格無關性驗證，旋轉域網格數量約為470萬，整體網格總數約為820萬。

邊界條件設置如下：入口邊界（inlet）設置為速度進口條件，來流速度[V=0.4] m/s，同時給定水利直徑和湍流強度參數，可保證流動的快速發(fā)展；出口邊界（outlet）設置為壓力出口條件；兩側邊界（side）以及上下邊界（top+bottom）均設置為自由滑移條件；葉輪表面（turbine-surface）設置為無滑移條件?？v搖域給定縱搖簡諧運動（[θt=Atcos（ωt）]），旋轉域在自身旋轉的同時跟隨縱搖域做縱搖運動。本文的數值計算基于三維瞬態(tài)求解器，壓力速度耦合采用SIMPLEC算法，時間項采用一階向后差分隱式格式，動量項采用一階迎風格式，壓力項采用二階迎風格式。數值計算的時間步長[Tstep=][0.005035] s（葉輪旋轉3°的時間），計算域的網格劃分和邊界條件如圖1所示。

SST k-ω模型兼顧了k-ω模型的穩(wěn)定性和k-ε模型的獨立性［33］，在計算近場的邊界層內流動采用k-ω模型，計算遠場的湍流流動采用k-ε模型，該模型適應大多數的流動場景且具有不錯的精度，但是該模型基于RANS方法的時均思想發(fā)展而來，因此丟失了流場的瞬時細節(jié)［34］。隨著超算資源的發(fā)展，采用更為精細的數值模擬方法探究浮式水輪機的尾流特性，將成為國內外學者下一步的研究重點［35］。改進延遲分離渦方法（IDDES）是RANS和大渦模擬法（large eddy simulation，LES）的混合方法之一，在流場的不同區(qū)域使用不同的計算方法，更加適合處理帶有大分離流動的非定常問題［36-37］。IDDES方法結合了RANS和LES各自的優(yōu)點：1）在近壁面網格尺寸小于亞格子大渦尺度的區(qū)域采用RANS方法求解，以減少計算量；2）在遠場網格尺寸大于亞格子大渦尺度的區(qū)域采用LES方法求解，可捕捉到大尺度分離流動，提高流場數值模擬的精細化程度。

本文采用IDDES模型與滑移網格技術相結合的方法，建立了浮式潮流能水輪機旋轉和縱搖耦合運動的CFD數值模型?；凭W格在整個耦合運動的數值模擬過程中，計算域不同區(qū)域的網格質量始終保持在0.3～0.9不變，避免了動網格方法中由于網格變形而導致的計算發(fā)散問題。

2 計算結果及分析

2.1 可靠性驗證

為了驗證基于IDDES方法的數值計算結果的精度，本文選取文獻［31］中的部分試驗工況結果作對比，文獻中的試驗采用HBM公司的T21WN扭矩儀進行扭矩測量，速度通過內置的角位移來計算得到，可測量的最高轉速達到20000 r/min。試驗中的水輪機裝置示意圖如圖2a所示，更多細節(jié)可參考文獻［31］。

圖2b為本文數值結果與文獻試驗結果的對比，從圖2b可知，在低葉尖速比時，數值模擬結果中能量利用率系數[CP]的最大誤差為0.4086（約為25.53%），低葉尖速比工況下的水輪機葉片會發(fā)生轉捩和流動分離，使得葉片處于失速狀態(tài)，從而產生較大的誤差，這種現(xiàn)象在大多數的風力機研究中均有介紹［35，38］，數值模擬與試驗的最小誤差出現(xiàn)在最優(yōu)葉尖速比附近，約為0.0027。總體來說，數值結果的變化趨勢與試驗結果保持一致，整體誤差在可接受范圍之內。數值模擬與模型試驗存在的誤差可能是由以下兩方面構成：1）數值模擬與模型試驗的流域尺寸不完全相同，導致其阻塞比、邊壁粗糙度等因素產生一定差異；2）文獻中的模型試驗本身存在一定的實驗誤差。綜上，本文基于IDDES方法建立的浮式潮流能水輪機旋轉和縱搖耦合運動的CFD數值模型具有較高精度，可有效預測潮流能水輪機的水動力特性。

2.2 縱搖頻率對葉輪載荷影響

圖3a和圖3b為縱搖幅值為7.5°，不同縱搖頻率下潮流能水輪機的水動力系數（能量利用率系數和軸向載荷系數）的時歷曲線。圖3c為縱搖幅值為7.5°、縱搖頻率為1.2 rad/s的工況下，水輪機各葉片的能量利用率系數的時歷曲線。圖3d為不同縱搖頻率下的水動力系數（能量利用率系數和軸向載荷系數）的平均值。從圖3可發(fā)現(xiàn)：

1）能量利用率系數和軸向載荷系數的整體變化趨勢隨著縱搖運動而產生相應的波動，整體波動頻率為縱搖頻率的兩倍，這是由于水輪機發(fā)生強迫縱搖運動時，在同一縱搖周期內水輪機的運動呈對稱的運動方式，使得水動力系數波動頻率為縱搖頻率的兩倍。

2）縱搖至振幅最大位置時軸向載荷系數最小，能量利用率最低，縱搖至平衡位置時軸向載荷系數最大，能量利用率最大。這是由于當振幅位置最大時，水輪機處于偏航狀態(tài)，進而造成能量利用率和軸向載荷減小。

3）在能量利用率系數和軸向載荷系數的時歷曲線中，不僅跟隨縱搖運動呈波動趨勢，而且還存在規(guī)律性的高頻脈動。由圖3c中水輪機各葉片的時歷曲線，可明顯地觀測到位于平衡位置時3個葉片的能量利用率波動幅度最小，而位于縱搖最大位置時波動幅度最大。通過快速傅里葉分析可知，單個葉片的高頻脈動頻率為1.872 Hz，而單個葉片的轉頻為1.655 Hz，因此可推測高頻脈動主要是由葉輪的旋轉而引起的，而縱搖運動放大了葉輪旋轉所帶來的波動效應，且在振幅最大位置處放大作用更明顯。此外，通過不同頻率下的能量利用率系數和軸向載荷系數曲線對比可看出，隨著頻率的增大，縱搖放大葉輪旋轉波動效應的作用逐漸減弱。

4）隨著縱搖頻率的增加，瞬時最大能量利用率略有增長的趨勢，而最小能量利用率變化不明顯。這是由于在高頻縱搖工況下，縱搖至平衡位置時水輪機以自身較大的速度與來流產生相對速度，縱搖頻率越大則相對速度越大，進而在縱搖至平衡位置時產生較大的能量利用率，而縱搖至最大振幅位置時處于縱搖偏航的極限位置，此時偏航作用占主導，由于不同工況下最大偏航角度相同，因此最小能量利用率變化不明顯，軸向載荷系數呈相同的規(guī)律。

5）由圖3d可看出，隨著縱搖頻率的增加，水輪機的平均能量利用率系數和軸向載荷系數呈略增大的趨勢，且均低于無縱搖工況下水輪機的性能。

2.3 縱搖振幅對葉輪載荷影響

圖4a和圖4b為不同縱搖振幅下水動力系數（能量利用率系數和軸向載荷系數）的時歷曲線，圖4c為不同縱搖振幅下水動力系數（能量利用率系數和軸向載荷系數）的平均值。從圖4可發(fā)現(xiàn)：隨著縱搖振幅的增大，水輪機能量利用率的波動幅值也逐漸增大，瞬時平衡位置出現(xiàn)的最大能量利用率略有增大趨勢，但增加幅度較小，而瞬時最小能量利用率隨縱搖振幅的增大呈明顯降低的趨勢。這是由于隨振幅的增大，水輪機在最大振幅位置處的偏航角度逐漸加劇，進而導致水輪機最低能量利用率出現(xiàn)明顯降低的趨勢，軸向載荷系數呈相同的規(guī)律。由圖4c可知，隨著縱搖振幅的增大，水輪機的平均水動力系數（能量利用率系數和軸向載荷系數）略有降低，但僅比無縱搖工況下的水動力系數降低約3%。

2.4 葉片表面壓力分布

圖5和圖6為縱搖幅值為7.5°，縱搖頻率為1.2 rad/s的工況下，不同縱搖特征位置的葉片迎流面和背流面表面壓力分布云圖。從圖5和圖6可發(fā)現(xiàn)，在不同縱搖特征位置的葉片迎流面在進水側出現(xiàn)局部高壓，而葉片背流面相反，在出水側出現(xiàn)局部高壓。在葉片迎流面，低壓區(qū)主要位于偏向葉尖位置的中部區(qū)域和葉根位置附近，而葉片背流面低壓區(qū)主要位于葉片進水側和葉尖位置附近。在葉片背流面，處于平衡位置和振幅最大位置處的壓力分布云圖基本相似，但是在葉片迎流面呈現(xiàn)較為明顯的不同，位于平衡位置處的葉尖低壓區(qū)范圍和葉根低壓區(qū)范圍明顯小于位于振幅最大位置處的葉尖低壓區(qū)，且不同葉片位置處低壓區(qū)分布較均勻，因此在平衡位置有較高和較穩(wěn)定的能量利用率和軸向載荷系數。處于最大振幅位置處3個葉片的葉尖低壓區(qū)和葉根低壓區(qū)分布明顯大于平衡位置處的低壓區(qū)，因此造成在最大振幅位置處較低的能量利用率和軸向載荷系數，且不同葉片位置處的葉根和葉尖低壓區(qū)分布范圍不同，致使3個葉片受力不均勻，因此造成較大的功率和軸向載荷波動，葉片的受力分布不均勻會對葉片的結構強度造成一定的影響。

2.5 縱搖運動流場特性分析

圖7為縱搖幅值為7.5°，縱搖頻率為1.2 rad/s的工況下，縱搖特征位置時刻X-Z平面的渦量分布云圖以及對應時刻采用[Q]判據（[Q=0.002]）識別的三維尾渦結構。由圖7可知，在水輪機的上側葉尖、下側葉尖和輪轂后方出現(xiàn)了明顯的高渦量區(qū)域，這是由于水輪機后方的葉尖渦與轂渦造成的。在平衡位置時，水輪機后方的尾渦結構基本呈對稱分布，且基本在同一下游位置開始耗散。在遠尾流場僅在葉尖后方位置附近出現(xiàn)明顯的高渦量區(qū)域。在最大振幅位置處，高渦量分布區(qū)域與平衡位置相似，但是由于偏航效應而出現(xiàn)明顯的不對稱分布。如圖中文字標記所示，縱搖運動過程中，正對來流靠前的葉片后方渦量出現(xiàn)提前耗散，而正對來流靠后的葉片后方渦量出現(xiàn)延遲耗散，處于最大振幅位置處的尾跡渦量分布擺動趨勢較平衡位置更大。

圖8和圖9是在相同頻率，不同振幅下的平衡位置和最大振幅位置處的尾流速度云圖，圖10為不同縱搖振幅下平衡位置處水輪機正后方速度分布曲線，其中橫坐標采用水輪機半徑進行無量綱化，縱坐標采用來流流速進行無量綱化。由圖8a可知，無縱搖工況下尾流場的速度分布基本呈對稱分布，低速區(qū)域在遠尾跡區(qū)域內逐漸集中于水輪機正后方附近，且未出現(xiàn)明顯尾跡擺動現(xiàn)象。圖8b～圖8d和圖9可知，縱搖運動不僅使平衡位置處的低速區(qū)出現(xiàn)尾跡速度擺動，同樣使最大振幅處的尾跡出現(xiàn)較大幅度的低速區(qū)擺動。隨著縱搖振幅的增大，平衡位置和最大振幅位置尾跡中低速區(qū)脫落速度更快。此外，通過圖10可更明顯地觀測到尾流場的低速區(qū)擺動現(xiàn)象，縱搖運動加快了尾流場速度的恢復，在遠尾流場的[6D～10D]范圍內，縱搖振幅越大，尾跡速度恢復越快，主要由于較大的縱搖振幅會產生加速脫落的低速區(qū)，可加快遠尾流場的尾跡恢復。在實際的潮流能陣列場中，擺動的低速區(qū)不僅會使葉輪自身產生不同的交變載荷，對葉輪自身的強度造成影響，不利于葉輪長期穩(wěn)定的運行，而且會降低后方機組的入流速度，影響后方機組的功率輸出。

3 結 論

本文基于IDDES模型與滑移網格技術相結合的方法，建立浮式潮流能水輪機旋轉和縱搖耦合運動的CFD數值模型。首先選取潮流能水輪機的試驗水動力性能結果，驗證了所建立的數值模型的計算精度。在此基礎上，進一步對不同縱搖頻率和縱搖振幅下的潮流能水輪機水動力特性及尾流場展開研究，主要結論如下：

1）數值結果的變化趨勢與試驗結果保持一致，在低葉尖速比的失速狀態(tài)下，數值與試驗誤差較大，其他葉尖速比下的誤差均保持在5%以內，表明基于IDDES方法建立的數值模型具有較高精度，可有效預測水輪機的水動力特性。

2）潮流能水輪機的能量利用率系數[CP]和軸向載荷系數[Cz]的波動頻率為縱搖頻率的兩倍，同時伴隨著頻率為葉輪轉頻的高頻脈動。此外，縱搖頻率越低，縱搖放大葉輪旋轉波動效應的作用越明顯。

3）隨著縱搖頻率的增加，水輪機的平均水動力系數（能量利用率系數和軸向載荷系數）均呈增大趨勢，而隨著縱搖振幅的增加，其平均水動力系數呈減小趨勢，但僅比無縱搖工況下的水動力系數降低約3%。

4）縱搖最大位置處，水輪機葉片表面呈現(xiàn)不同程度的不均勻水壓載荷，縱搖平衡位置處的速度分布和高渦量區(qū)域基本呈對稱分布。隨著縱搖振幅的增大，其尾流場速度和渦量丟失對稱性，呈現(xiàn)擺動現(xiàn)象，且縱搖振幅越大，尾流場低速區(qū)的擺動現(xiàn)象越明顯。在潮流能陣列場中，應充分考慮擺動的尾流速度對葉片強度的影響。

5）縱搖運動加快了遠尾流場（6D～10D）速度的恢復，縱搖振幅越大，尾跡速度恢復越快，主要由于較大的縱搖振幅會產生加速脫落的低速區(qū)，可加快遠尾流場的尾跡恢復。

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HYDRODYNAMIC ANALYSIS OF PITCH MOTION OF TIDAL CURRENT TURBINE BASED ON IMPROVED DELAYED DETACHED

EDDY SIMULATION METHOD

Ji Renwei1，Sun Ke1，Zhang Yuquan2，Zhao Mengshang3，Zhu Renqing4

（1. College of Shipbuilding Engineering， Harbin Engineering University， Harbin 150001， China；

2. College of Energy and Electrical Engineering， Hohai University， Nanjing 211100， China；

3. School of Ocean Engineering and Technology， Sun Yat-sen University， Zhuhai 519082， China；

4. School of Naval Architecture and Ocean Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212100， China）

Abstract：In order to explore the effect of forced pitch motion on the hydrodynamic performance of the floating tidal current turbine， a CFD numerical model of rotation and pitch coupling motion of the floating tidal current turbine is established based on the combination method of improved delayed detached eddy simulation（IDDES） and sliding mesh technology. Firstly， the flume test results of the tidal current turbine are selected to validate the calculation accuracy of the established numerical model. Secondly， the three-dimensional unsteady simulation of the floating tidal current turbine is carried out under different pitch frequencies and pitch amplitudes. The research results show that：1）The overall fluctuation frequency of the hydrodynamic coefficient（energy utilization coefficient and axial load coefficient） of the turbine is twice the pitch frequency， accompanied by the high-frequency pulsation whose frequency is the rotation frequency of the rotor；2）With the increase of pitch frequency， the average hydrodynamic coefficient increases slightly， while with the increase of pitch amplitude， the average hydrodynamic coefficient decreases slightly， but they are less than the average hydrodynamic coefficient without pitch motion；3）At the position of the maximum pitch amplitude， the upstream surface of the turbine blade bears different degrees of hydraulic load. The pitch motion has an effect on the wake at the equilibrium position and the maximum amplitude position， and the wake has a relatively apparent low-speed swing phenomenon.

Keywords：tidal current turbine； pitch motion； hydrodynamic performance； blade load； wake swing