随着国家经济社会的发展，电力系统规模的不断扩大，随机性、间歇性新能源大规模开发，对抽水蓄能电站的发展提出了更高要求。因此加快抽水蓄能电站的开发建设是目前水电行业发展的重点方向之一。　　水泵水轮机是抽水蓄能电站中实现能量转换的核心部件，也是抽水蓄能技术国产化过程中的关键。低比转速单级混流式水泵水轮机在低水头条件下启动过程中，全特性曲线呈现出明显的“S”型弯曲。此时，转轮内的流动复杂多变，导致机组出现空载不稳定以及并网困难等现象，这将对电站的生产造成巨大影响。本论文针对水泵水轮机的“S”特性区域特殊流动问题，围绕机组内部流场特征而展开了相关研究。　　以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型机为研究对象，建立起精确的三维几何模型，借助计算流体动力学软件实现水泵水轮机全流道数值模拟。模拟中采用能够有效地捕捉近壁区以及远壁区的流动特征的 SST k-ω湍流模型，以适应“S”特性区复杂流动的模拟精度要求。通过数值模拟，实现了对机组外特性和内特性的精确预测。最后，将数值计算结果和模型试验数据进行对比分析，获得了“S”特性区内不同工况点下全流道内流场结构。具体研究内容如下：　　（1）“S”特性区是典型的非设计工况区，它包括水轮机工况、水轮机制动工况和反水泵工况。基于真机模型试验数据，确定数值模拟工况点的相关参数，避免了非设计工况下边界条件难以给定的问题。　　（2）根据数值计算结果反算后得到的三个不同开度下的 n11-Q11曲线与模型试验曲线吻合度较高，说明了几何模型、数值模拟方法的可信性和可靠性。　　（3）从流场的角度出发，分析了活动导叶开度 a0=11mm下各过流部件的内部流场结构。结果表明，水泵水轮机在“S”特性区运行时，活动导叶与转轮间动静交界面附近有一圈高速水环，双列叶栅流道、转轮叶片流道内存在分布紊乱、无周期性、尺度不等的漩涡结构，阻塞了流道，引起了机组的水力不稳定性，这是“S”特性产生的重要原因之一。　　（4）通过对比不同工况下机组流道内的流态，发现反水泵工况下的流场最不稳定。双列叶栅流道和转轮叶片流道内充斥着回流涡结构，尾水管的锥管段和肘管段内存在着大尺寸的螺旋形流动结构，这种特殊的流态进入转轮区后将对机组的稳定运行造成巨大影响。