随着中、高水头水力资源开发趋于饱和化，低水头水力资源的开发迫在眉睫。贯流式水轮机因其优越的水力性能和经济性得到广泛的应用。随着贯流式水轮机组向高参数、大容量发展，如何保证其安全、稳定运行一直是研究的热点问题。特别是改善贯流式水轮机组在过渡过程中动态品质的研究更是重中之重，论文就这方面内容对贯流式水轮机几种类型的瞬态过程进行了深入的研究。主要工作如下：
　　根据贯流式水轮机飞逸过程的运动特点，结合描述水轮机内部流动的三维N-S方程，采用User Fortran程序和CFX软件的二次开发，建立了一种基于宏观连续模型的水轮机飞逸过程数值计算方法。对贯流式水轮机不同协联工况的飞逸过程进行了三维瞬态数值模拟，获得了不同桨叶转角下的单位飞逸转速特性曲线与试验结果对比吻合良好。同时，重点研究了贯流式水轮机工作参数的瞬变规律以及内部流场的动态特性，并预估了水轮机内部的压力脉动，揭示了飞逸过程中贯流式水轮机发生振动的原因。引入基于Rayleigh-Plesset方程的空化模型，对贯流式水轮机飞逸过程中的空化特性进行了研究，详细探讨了空化对飞逸过程的影响，捕捉到飞逸过程中贯流式水轮机发生空化的部位。
　　鉴于传统动网格方法对模拟贯流式水轮机包含运动边界瞬态问题的局限性，引用了一种基于粒子的格子Boltzmann方法，并进行了相关算例验证。首先，对两种雷诺数下的二维圆柱绕流进行了模拟，计算得到相关特征参数的变化规律与实验结果吻合较好。其次，对贯流式水轮机在稳态工况时的能量特性和压力脉动特性进行了预测，与试验结果对比令人满意。最后，完成了贯流式水轮机飞逸过程的瞬态模拟，其计算结果与CFX计算结果有较高的契合度，证明了该方法应用于水轮机三维流动模拟的可行性。
　　基于格子Boltzmann方法，引入刚体动力学模型，对贯流式水轮机事故甩额定负荷的全关闭过程进行了数值模拟。在模拟中，通过自定义函数控制活动导叶的关闭。对两种导叶关闭方式下贯流式水轮机甩负荷过程中转轮转速、水力矩、轴向力等宏观参数的瞬变规律进行了详细的对比，并定量分析了水轮机内部的水压变化，获得了改善贯流式水轮机甩负荷过程动态品质的最佳关闭方式。此外，对导叶和转轮的受力特性和水轮机内部的瞬态流场进行了细致的研究，揭示了机组发生横向摆动及尾水管内产生涡旋的原因。
　　提出了贯流式水轮机双调节的增、减负荷过程的三维瞬态数值模拟方法，对贯流转桨式水轮机从额定工况向部分负荷工况转换的减负荷过程进行了数值模拟。分析对比了三种联动方式下减负荷过程中外特性参数的变化规律以及水轮机内部压力变化特性，研究表明：导叶和桨叶保持协联关闭有利于贯流式水轮机在工况转换过程中的运行稳定性。此外，分析探讨了增负荷过程中桨叶的力特性和内部压力脉动特性，发现在增负荷过程中导叶前后测点的压力脉动振幅均大于减负荷过程，其运行不稳定性加剧。