变几何水轮机是潮流能发电机组中的关键设备，研究变几何水轮机的流场特性、流体动力学机理及水力性能，对于准确地认识变几何水轮机的特性和提高设计能力，具有重要的理论和实际意义。本文首先采用CFD方法，针对变几何水轮机二维流场，在7个流量系数下，研究了变几何水轮机的水力性能，揭示了变几何水轮机在固定流量系数下的流动特性，以及如何将入射流动能转化为转子机械能的有效设计方法。为进一步研究变几何水轮机的性能，本文将流场分析拓展至三维模型，通过数据对比发现：三维模型与二维模型计算结果存在明显的差异，这主要是由于三维流场中存在上洗和下洗的流动现象，因而造成了性能输出的降低。但是，随着径高比的增加，三维影响逐渐减弱。本文最后对三台变几何水轮机组成的串联工作组进行了水力分析，通过研究发现：串联工作方式可以大幅度降低变几何水轮机的波动系数。同时，由于串联工作组内变几何水轮机流场的互相影响，串联工作组内的水轮机功率系数也可以得到一定程度的提高。