我国的水能资源丰富,不论是从水能蕴藏量,还是从可开发的水能资源来看,我国在世界各国中均居第一位。水电是我国电能结构中比较重要的组成部分,水电生产过程具有开停机方便、运行可靠性高、成本低廉、对环境污染小等优点。作为一种可再生的自然资源,水电已经被列入优先发展的对象。目前,我国已经建成数量不少的水电站,另外一批大型水电站正在设计或建设当中。在水电站中,研究如何确保水轮发电机组安全稳定运行,对于提高水轮机的水力性能,有效利用水资源,发挥水电效益,具有普遍的重要的意义。本文在已有研究成果的基础上,提出了水轮机内部流动的反演算法和水轮机内部水力损失的近似计算方法。其主要内容如下:(1)本文利用水轮机流量调节方程和单位参数的定义,导出了具有线性特性的水轮机特征方程。应用水轮机各通流部件的水力损失及水轮机有效利用水头,构成能量方程,推导出了水轮机的另一个特征方程。(2)根据水轮机的工作原理,利用水轮机的结构参数和模型综合特性曲线,采用线性函数数据拟合方法,反演计算模型水轮机的几何参数。在此基础上,近似求出了模型水轮机出口处的平均流速,扩展水轮机的高效率区域特性曲线。(3)根据流体力学理论,对低比转速水轮机各通流部件在各种工况下的能量损失进行了计算分析。分析中认为,在蜗壳中主要产生摩擦阻力损失;在导水机构中,主要产生绕流阻力损失;在转轮中,主要是非设计工况下转轮叶片进口撞击水力损失;在尾水管中,转轮出口的水流动能尤其是出口环量未被充分吸收。此外,在分析中,还考虑了转轮的容积损失与圆盘摩擦损失。在上述分析计算的基础上,绘制了水轮机的等损失特性曲线。上述分析计算,从数值上明确了水轮机各部件对水轮机性能的影响。