随着经济的发展，能源问题已成为世界所关注的焦点。透平是将流体工质中蕴含的能量转换成机械功的具有叶片的动力式流体机械，它对降低单位产量的耗能量有着积极的作用。因此，在能源问题凸显的今天，水力透平作为一个能量回收装置，不仅符合国家能源开发的产业政策和实现可持续发展的需要，而且在节能、环保方面起到重要的作用，它的研发及提高其性能对于提高资源综合利用水平、保护环境、发展循环经济具有十分重要的意义。目前，能量回收水力透平的设计理论还不成熟。就工作原理而言，能量回收水力透平相当于超低比转速的水轮机，将工质流体中的能量转换为旋转的机械能。但相对于多级能量回收水力透平，它又与多级泵有相似之处。传统意义上，认为泵的反转就是能量回收水力透平，但泵反转并不能完全符合能量回收水力透平的流动状态和运行工况，因此性能比较差。为此，开发出性能优良的能量回收水力透平，能更加充分、有效地回收能量资源，把潜在的资源优势转化成经济效益和社会效益，具有一定的学术价值和现实意义。本课题针对DCSGT330-175×9（H=1500m、Q=330m3/h、n=3680r/min、N=9）型多级能量回收水力透平，在前期研究成果基础上，又进行导叶和首级转轮优化设计，运用CFD流场仿真技术对透平模型的内部流场进行探讨研究，旨在得到DCSGT330-175×9型透平性能较优的导叶设计方案和首级转轮最佳的匹配关系，使能量回收水力透平具有较高的能量回收性能和较宽的正常运行范围。本文的主要研究内容和创造性成果如下：1、依据原有的导叶水力模型，参照多级泵导叶及水轮机导叶的设计方法，对该透平的正导叶在忽略间隙流动的情况下进行了设计和优化，并对优化后的导叶式透平典型工况下的流场，分别在忽略间隙流动和计及间隙流动的两种情况下运用CFD流场仿真技术进行了数值模拟和性能预估；经反复修型、改进和分析比较，得到了性能较优的导叶设计方案。2、基于数理统计和正交理论，针对影响透平转轮设计的叶片进口安放角、叶片数和叶片包角三个主要因素，采用正交法设计三因素三水平的正交试验方案，通过对L9(34)正交试验数值模拟计算结果的分析，得出影响透平转轮设计的各个因素水平对该透平水力性能的影响趋势，由极差分析得出各因素对效率和流量影响的主次顺序，从而得到DCSGT330-175×9型多级能量回收水力透平首级转轮的较佳设计方案。3、通过计及间隙流动对透平水力性能的影响，为多级能量回收水力透平的密封环和间隙结构改进提供参考。