冷却塔专用超低比转速轴流式水轮机是一种新型的冷却塔水轮机,与冷却塔专用混流式水轮机相比,在相同冷却水量的情况下,其具有更小的平面尺寸,通风效果更好,更容易焊接加工等优点。理论分析时,以能达到一种已经存在的比转速相近的冷却塔专用混流式水轮机的水力性能为目标去进行本文超低比转速轴流式水轮机的设计。本文初始优化设计时,选取叶片宽度、导叶出口角、导叶数和叶片数四个因素作四因素四水平正交试验。极差分析后,依据水头考核指标,四个因素对于水轮机的影响排序为:叶片宽度>导叶出口角>导叶数>叶片数;依据效率考核指标,四个因素对于水轮机的影响排序为:导叶数>导叶出口角>叶片数>叶片宽度;最优的参数组合为:叶片宽度35mm、导叶出口角15°、导叶数8、叶片数24,正交试验优化后的水轮机比转速基本都小于80 m×kW,满足冷却塔专用水轮机对于比转速的要求。基于CFD方法对本文超低比转速轴流式水轮机水力性能的研究,具体分析了随着不同因素的取值水平在发生变化时,各过流部件水力损失、外特性以及内流场的变化规律,得到的最优参数组合与正交试验优化设计所得结论完全一致,此时,水轮机在设计工况下的水头达到6.75m、效率达到81.15%、功率达到7.46kW。综合正交试验与CFD分析的结论,选取最佳的参数组合制作样机,并搭建冷却塔水轮机试验台对其进行外特性试验,在最优工况点附近CFD数值模拟结果与试验结果的误差分别为:水头相差0.29m、效率相差4.18%、功率相差0.27kW,分别占试验结果的5.45%、5.37%、5.03%,误差相对较小,在允许范围之内,从而验证了本文利用理论方法与CFD数值方法对超低比转速轴流式水轮机的研究分析的准确性。