农业水利工程发展迅速，自动灌溉技术已成为农业节水灌溉发展的主要形式，多种控制与监测设备被应用于农业灌溉中，而针对偏远灌区，监测设备的供电成为问题。传统电池容量有限，长期使用会导致电压不足影响系统稳定运行，频繁更换会造成更大的人力资源浪费。而使用太阳能、风能等新能源发电设备不仅安装复杂，且人为破坏难以防护。利用管道水流发电系统提供电能，能够解决监测设备的供电问题，并可避免其他供电方式的造成的环境污染以及人力资源浪费问题。
　　灌溉管道发电系统，主要包括水轮机部分与发电部分。本文设计的管道发电系统安装于管径100mm、水流速1.5m/s、压力200kPa的管道中。首先利用SolidWorks软件建立不同结构的叶轮三维模型，并使用流体分析软件Fluent进行数值模拟计算及分析对比，选取了最佳叶轮模型结构。
　　本文使用动网格计算在设定条件下不同叶轮结构转速，计算得出叶轮在设计45°~60°转角下，转速变化范围440r/min~700r/min，叶轮转速随转角变化线性增加，且在同一转角下叶轮转速不随叶片数而变化。之后利用转速规律计算不同叶轮结构下系统稳定运行时叶片能量输出情况，计算得叶轮水头损失与输出功率随着转角增加而增加，且同一转速下水头损失与输出功率在少叶片时增速较大，多叶片时增速较小。对比叶轮能量输出情况，同时分析管道流场，本文选取7叶片，转角53°的叶轮模型作为发电系统最优叶轮模型，水轮机转速580r/min，输出功率37.9W，水头损失0.379m，输出效率82.1%。
　　本文同时进行了发电系统控制电路的设计。针对管道不同流况下叶轮能量输出能力不同，使用MPPT最大功率点跟踪策略进行充电控制，保证充电系统在最佳状态下运行。本文设计使用Buck电路作为系统斩波电路，单片机采集并控制输出端电流电压数据，并设计控制程序，以保证发电系统长期稳定运行。