八十年代中期以来，在吴镇远先生推导出了不可压缩流体的涡量矩公式，建立了涡量场和流场中的固体之间相互作用的关系，建立了一套完整的边界涡量动力学理论。本文从不可压缩的涡量矩公式出发，将涡量矩理论引入水轮机转轮叶片性能的分析体系，考虑湍流因素的影响，利用涡量参数分析出水轮机内部流动和外部能量特性的相关性。分析的结果表明，对于水轮机来说，影响转轮叶片的主动力和主动力矩的涡动力学参数为两部分：一部分是粘性剪切力的贡献，另一部分是涡量从壁面向流体内部输运过程产生的影响。本文将上述结论应用于混流式水轮机转轮的叶片改型设计，建立了相应的叶片优化设计体系。湍流数值计算的结果以及模型水轮机全流道的实验数据表明，本文给出的涡量参数可以挖掘出叶片表面流动的细节，分析能量损耗位置，从而达到提高水轮机水力性能的目的。