作为液化天然气生产中重要的降压装置,FLNG液力透平在生产液化天然气的过程中不仅可以降压,还可以提高液化天然气产量。本文基于多级液力透平模型,采用数值模拟的方法,对液力透平叶轮进行优化研究,以期得到效率更高的模型。首先,建立了液力透平流场模型,开展了内流场数值模拟及水力性能计算。结果表明:液力透平原始模型存在效率低、导叶与叶轮连接处出现局部压力过高、靠近叶片区域旋涡明显这几个问题。其次,对液力透平叶片参数进行敏感性分析,讨论叶片进口宽度、叶片厚度以及叶片进口安放角对其效率的影响。结果表明:随着叶片出口宽度增加,效率逐渐增大;随着叶片厚度增加,效率逐渐减小;随着叶片进口安放角增大,效率呈波动性。再次,选取液力透平功率损失最小为优化目标,确定参数优化设计方案,得到适应度函数,使用遗传算法进行优化。通过优化前后模型对比分析发现:优化后模型的水头、出力均有提升,效率从65.31%提升至68.66%。从内部流场分析,优化后模型的压力场分布较为均匀,且叶片表面的旋涡有所改善。最后,基于液力透平叶片参数优化结果,进一步对叶轮轴面流道进行优化,基于贝塞尔曲线,采用正交分解的方法,分析轴面流道的变化对液力透平性能的影响。结果表明影响液力透平效率的主次顺序为:前盖板的曲率>后盖板的曲率>前盖板倾斜程度>后盖板倾斜程度。对优化前后的模型进行对比分析,结果表明:优化后模型的效率有了显著的提高,效率为71.23%,比叶片参数优化提高了2.57%。