近些年来,越来越多的研究人员将计算流体动力学——CFD技术运用在流体机械内部流场分析与水力模型的研究和开发中。该方法已成为流体机械水力模型设计与开发的主流。CFD数值计算技术能较准确地获得流体机械内部流场分布及过流部件内部流动状态信息,为研究流体机械水力性能与稳定性提供理论基础,是成功设计出高性能的流体机械和对现有的流体机械进行优化改型的有效手段。对开发较低水头水能资源来说,在水轮机转轮的设计中,高比转速混流式水轮机转速高、体积小、效率高且高效区宽、结构紧凑等优势,是一种经济、适宜的水轮机型式。现阶段我国对水力资源的开发持续升温,技术成熟、经济可行的中小水电尤其受到青睐。为此,开发出性能优良的高比转速混流式水轮机水力模型,能更加合理、充分和有效地利用水力资源,把潜在的资源优势转化成经济效益和社会效益,意义十分重大。本课题的主要研究内容和所做的主要工作如下:1、参照水头段和比转速相近、性能优良的已有转轮水力模型全流道的几何参数,采用二元理论ω=0的方法,遵照转轮要满足在一定使用水头下,有尽可能高的转速和尽可能大的过流能力、较高的最高效率和平均效率,要有良好的空蚀性能、工作稳定性和对变工况的适应能力等的要求,设计出了HL300的翼型和叶栅及转轮的初始方案。2、对初始转轮方案进行精确的全流道三维实体造型和网格划分,这为提高过流部件内部流动CFD数值模拟精度及其性能预测的准确性奠定可靠的基础。3、CFD数值模拟,采用雷诺时均Navier-Stockes方程和RNGk-ε湍流模型,利用SIMPLEC算法对初始转轮设计方案进行模拟计算,并以模拟结果获得的流场信息为据,对初始转轮叶栅与翼型进行修型和调整,以及对其它过流部件进行适当修型或对某些参数进行相应地调整,直到满意为止确定最终方案,在其运行中的典型工况(大流量工况、最优工况和小流量工况)共25个计算工况点的运行状况进行了数值模拟,给出了HL300的转轮水力模型方案并绘制出木模图。本项课题研究工作中的主要创新点:1、提出了尾水管弯肘部分基于Pro/E的拆分组装设计的新方法,解决了常用方法中存在的建模不够精确及制造工艺性差等问题。2、通过本课题的研究得到一个适用于20m水头段的预测性能良好的新转轮水力模型方案。由于时间、条件和本人经验不足所限,本课题做的工作有限,有很多工作目前还没有进行到位。文中给出的水力模型方案,还有很大的提升空间,有待于以后继续深入研究和探讨。