在自然界中，大多数水流基本上都携带泥沙颗粒、固体沉积物和其他类型的杂质。我国江河众多，并且大部分河流的含沙量都非常高，水电机组常年在这些多泥沙河流上运作，机组部件非常容易遭受磨损破坏。转轮是整个水轮发电机组的核心部件，结构比较复杂，也是磨损最严重的部件。在含沙水条件下，水轮机转轮会遭受空蚀破坏、泥沙磨损破坏及空蚀与泥沙磨损联合作用下的磨蚀破坏。部件损坏不仅会影响机组的水力性能，降低整体的运行效率，严重缩短使用寿命，甚至导致整个机组停止运行，给水电厂造成巨大的电能损失和经济损失。因此，研究高含沙水中水轮机转轮的磨损情况，确定发生磨损的位置及受损程度，可以为水轮机的防护，转轮的优化设计提供一定的参考。
　　本文以新疆阿克苏拜城木扎提三级电站的混流式水轮机为研究对象，通过CFX流体分析软件，在清水和含沙水介质条件下，对不同导叶开度、泥沙粒径、泥沙浓度工况下的水轮机进行了汽液两相、固液两相、汽固液三相定常数值模拟，并进一步分析了水轮机转轮的空蚀、泥沙磨损及磨蚀情况。本文主要研究工作和成果如下：
　　(1)根据所研究的水轮机的基本参数和各过流部件的设计图，利用UG8.0三维建模软件，建立水轮机蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管的三维流道模型。然后运用ANSYSICEM软件对各部件的三维水体模型进行网格划分及网格质量检查，并设置边界类型。
　　(2)运用CFX流体分析软件，在清水介质条件下，对不同导叶开度下的水轮机进行数值计算，并根据转轮各部件的压力云图及空泡体积分数图对转轮空蚀情况进行分析。结果表明，当导叶开度增大，转轮的整体压力逐渐增大，负压区和空化面积逐渐减小。转轮进水口附近的大部分区域、泄水锥底部、叶片进水边和叶片出水边靠近下环的位置空蚀程度较为严重。
　　(3)在高含沙水介质条件下，对水轮机进行固液两相流数值模拟，分析不同泥沙直径及不同泥沙体积浓度下水轮机转轮的泥沙磨损情况。数值结果表明，不同泥沙粒径下，转轮各部件压力值随着泥沙粒径增大呈先增大后减小最后趋于稳定的变化规律。不同泥沙浓度下，转轮压力值随泥沙浓度的增大而增大。对于泥沙磨损，不同泥沙粒径和泥沙浓度下，转轮区域的泥沙体积分数随着泥沙粒径、浓度的增大而增大，磨损程度也逐渐增强。转轮容易在叶片工作面出水边靠近上冠处和进水边靠近下环处，叶片背面出水边靠近上冠处遭受泥沙磨损。
　　(4)在高含沙水介质条件下，对水轮机进行汽—固—液三相流数值模拟，研究分析了不同导叶开度及不同泥沙浓度下泥沙磨损与空蚀的相互影响关系，并得到转轮在不同工况下的磨蚀情况。计算结果表明，含沙水中转轮各部件的压力均比清水中的大。泥沙的存在促进了空化的发展，空化的存在亦加剧了泥沙的磨损作用，两者的联合作用对转轮造成了更严重的破坏。转轮在各部件的进水边处、泄水锥底部、叶片与下环、上冠面的交接处、叶片出水边附近都会遭受严重的磨蚀，这与实际工程中水电站水轮机转轮叶片的磨损情况基本一致。