管道式Savonius水轮发电机组是一种新兴液体余压回收装置,在城市给排水、石油化工、海水淡化等领域有极大的应用前景。该类装置的成功应用案例在国外屡见不鲜,但国内鲜见报道。开展Savonius水轮机的基础与工程应用研究,对促进节能减排、实现我国碳达峰、碳中和目标有重要意义。但是目前管道式Savonius水轮机存在内部能量转换机理不清,缺乏设计理论与方法等问题。基于此,课题开展了Savonius转轮高径比（AR）对其水力性能影响,以及叶片型线优化等方面的研究。具体内容如下:（1）针对50 mm管道Savonius水轮机,分析了高径比为0.5、0.7、0.9三组转轮的能量特性、力特性、临界启动特性、非定常压力脉动特性、内部流动特性。研究发现:AR0.5转轮在任一试验工况下,效率都高于其它两组,最高效率为16.91%,对应水头为0.4 m。在6次临界启动试验中,AR0.5临界启动流量最低、启动时间最短、启动过程最稳定,3组转轮对应的临界启动流速分别为0.42 m/s、0.51 m/s、0.6 m/s。高径比的增加使得叶片上的受力由叶根位置向叶尖区域集中,造成叶片根部不同程度的断裂。（2）根据转轮在一个旋转周期内扭矩变化,将来流对叶片做功过程分为阻力主导区、完全动力区、动力主导区。以阻力主导区最小为原则,建立了叶片入流角α、阻力主导区旋转角θ、叶型曲率半径r之间的数学关系。以AR0.5的Savonius转轮对该数学关系进行验证,通过二维、三维数值模拟和试验的方法,对入流角为0°、15°、30°、45°、60°、120°的六组转轮进行对比分析。结果表明:入流角为15°转轮试验效率最高,其最高效率可达18.78%,较0°入流角转轮提高了2.52%。15°入流角转轮保证了叶片做功能力的同时,也降低了流道内的流动损失。试验结果与理论计算值较为接近。（3）以Savonius水轮机的水头和流量关系为基础,建立了具有普适性的相似换算理论。选取南水北调中线工程的某区域为例,在市政DN600的管道中安装Savonius水轮机发电装置。通过相似换算,获得真机的水力特性并分析其经济效益。研究表明:单台Savonius发电装置日发电量为13.44 k W·h,可同时为60台远传电子设备和5～7台远程控制阀门供电。有效解决了传统电池供电和集中供电不足的问题,实现了节能减排的目的。以上研究成果为管道式Savonius水轮机的优化设计奠定了一定基础,同时对该装置的工程应用提供了参考依据。