处于当下广泛工业化和人口增长的时代,人类比以往任何时候都需要能源。在所有的可再生能源中,水电因其存储可靠、环境友好、高效清洁、调节方便、可预测性强和可持续性好等突出优点而备受关注。因此,许多研究工作都旨在提高水轮机的发电效率和减少内部流动的不稳定性,流道内部的流动不稳定性是由流体内部漩涡或流体与结构之间的动态相互作用而产生的连续水力激励。在最优工况点（BEP）附近机组尾水管中的水流具有稳定的轴向流动特性,而在非设计工况下则会出现严重的涡流,此时低频涡带将导致巨大的流量不平衡,进而影响系统的动态特性。本文将对影响混流式水轮机尾水管流动的两种因素进行分析。特别地,将输送大量水流的尾水管外围区域作为参考。本研究目的是预测水力不稳定性在不同部件之间传递的速率。鉴于部分负荷运行具有更多的不稳定状态,因此选择了两个部分负荷运行工况点,并选择了其它两个BEP附近的运行工况点进行比较。以某低水头混流式模型水轮机作为研究对象,来研究流动的动力学特性和水力失稳的传播机理。本文绪论部分主要介绍了水电站低频激振概念及减轻低频激振的最新研究成果。第二章简要介绍了本文所采用的研究方法,并对所选方法的普适性进行了论证。数值模拟是本文采用的主要方法,为了验证数值结果的真实性,进行了壁面压力的测量试验,最终数值和试验结果吻合较好。第三章简要分析了引起系统不稳定性的尾水管流动特性。尾水管内流动核心表现是旋涡破裂主导的局部不稳定性,这些不稳定表现为上游来流的不稳定延迟了压力恢复。第四章主要对尾水管外围其他输送大流量区域内的不稳定性进行研究,其目的是深度了解壁面不稳定特性并将分析其原因。研究结果可有效评估壁面计算方法的深度及性能。研究选择了压力脉动中两个不同特性的部分负荷工作点。尾水管的边缘区域由三个差异较大的影响区组成:（i）上游流动影响为主的上锥,（ii）以核心激励为主的中锥,（iii）以水碰撞肘部的反向影响为主的最下锥。涡带旋转产生的内部激励取决于特定的工作条件,常见的处理方法是给定可调节进给运动的表面。第五章主要研究了部件之间的流动不稳定性。这些相互作用有助于深刻理解失稳工况下的流动现象。通过研究可以评估尾水管与上游过流部件间流动不稳定性的相互作用。通过分析转轮流量的平均参数,首次揭示不同来流下尾水管入流的特征分布曲线。此外,本章提出了从所有不稳定性中识别不利扰动和确定每个流动部件的不稳定性抑制方法。与高频扰动相比,低频扰动可以越过强的流体梯度,在水力系统中传播得更远。引起低频不稳定性的来源是水流本身,如螺旋涡带;而高频不稳定性的主要来源是各部件间的相互作用。除了低频脉动成分,尾水管进口锥端壁面产生的脉动谐波分量对尾水管后方流域的振幅衰减影响不大。尾水管进口脉动主频是叶片通过频率（BPF）,其高频不稳定性与壁面发生碰撞,引起大流量扰动,降低了局部压力恢复的能力。然而,BPF传递频率受到涡带旋转的低频不稳定性影响而迅速扩散。未来的研究应当针对不同壁面处理方法产生的影响进行评估,以便能够找到更合适的处理方法。此外,缓解尾水管压力波动的补救措施应根据上游部件的阻尼移动不稳定性进行评估。进一步的研究可通过分析流动影响来解释水流的动力学行为,因此,应当将研究范围进行扩大。