Savonius水力透平作为一种新兴流体余压回收装置,在城市给排水、农业灌溉、污水处理、油气输送等领域有较大的应用价值。迄今为止,国外针对Savonius水力透平的技术研究相对成熟,而国内尚处于探索阶段,开展Savonius水力透平基础理论和工程应用的研究对推动国家能源发展战略需求,实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。研究发现,Savonius涡轮内流动非轴对称且存在负扭矩区间,一方面造成Savonius水力透平回收效率低,另一方面引起涡轮输出扭矩周期性波动,低转速时尤为明显。基于此,本课题开展了管道式Savonius水力透平内流机理研究和经济效益预测,研究内容如下:（1）以带有导流器的DN50管道式Savonius水力透平为研究对象,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析了带有导流器的管道式Savonius水力透平的内部能量转换机理,以及导流器的结构参数对Savonius水力透平水力性能及临界启动性能的影响。结果表明:涡轮对于势能的利用占比最高为85%,说明流体与涡轮的能量交换方式主要以流体中的势能为主,动能为辅。研究还发现,导流器的结构参数对Savonius水力透平性能影响显著,以管道流量4m~3/h为例,当导流器的倾角为70。时,涡轮的效率最高为16.5%;阻塞系数为0.9时,涡轮的效率最高为17.8%。其次,通过试验研究不同结构参数的导流器对涡轮临界启动性能的影响,试验结果表明:当阻塞系数为0.8时,涡轮所需的启动流量较小,其中无负载下的临界启动的平均流量为0.96m~3/h,有负载下的临界启动的平均流量3.06m~3/h。（2）假设来流均匀分布,且涡轮轴向层间流动无关,基于平面势流理论,分析了Savonius涡轮不同位置的扭矩变化。研究发现,一个旋转周期内的扭矩变化分为主阻力区、主动力区、次动力区、次阻力区4个区域,其中主动力区和次动力区为涡轮的正扭矩区域,主阻力区和次阻力区为负扭矩区域,通过采用非定常数值模拟的方法,计算了叶片在不同位置时的扭矩变化规律,计算结果与理论分析较为吻合。其次以动力区最大为原则,建立了动力区覆盖角与涡轮内流角和导流器倾角α0的解析关系,从理论上提出涡轮最优叶片数的计算方法。计算发现:本研究对象最优叶片数为4。进一步通过对叶片数分别为3、4、5、6、7的5组涡轮试验发现,当管道进口压力为7k Pa,流量为4m~3/h时,叶片数为4时涡轮回收功率和效率均最高,其值分别为5.76W、19.05%。进一步验证了最优叶片数计算方法的可靠性。（3）以兰州新区某区域DN50供水管网系统为研究对象,选取4叶片Savonius水力透平为管网监测设备供电,根据前文试验结果预测了该装置不同工况时的水头、效率等性能参数,分析了该装置在不同时段产生的电能,与传统的蓄电池供电进行比较,对比发现,Savonius水力透平的使用寿命和其它方面均优于传统供电方式。单个节点安装savonious水力透平装置可满足多个远程控制阀门、流量计和压力传感器的供电需求。以夏季和冬季24h作为预测对象,预测得出该装置在夏季24h的发电量可达0.313k W·h,整个夏季发电量可达28.17k W·h,在冬季24h的发电量可达0.167k W·h,整个冬季发电量可达15.03k W·h,相当于每年减少约111.8kg CO2的排放,并且单个节点每年大约可节约200节锂电池,15个节点需节约3000节锂电池,有效的解决了废旧电池的处理问题,具有显著的经济效益和节能效果。以上研究成果对Savonius水力透平的基础理论研究与工程应用具有一定的参考价值。