贯流式水轮机是一种活动导叶开度和转轮叶片安装角度均可调节的反击式水轮机，具有较平坦的效率曲线。入口锥角较大的直线型扩大管作为回收转轮出流动能以保证贯流式水轮机高效性的尾水管，它本身的性能对贯流式水轮机的整体效率有着重要的影响。在水轮机的设计和研究中，流场分析和性能预测是常用的手段，它们两者紧密联系，互为体现。迄今为止，国内外在该领域的前沿研究视角多为数值仿真计算和模拟流场。锥形扩大管作为贯流式水轮机尾水管的首段，它的性能直接关系到尾水管对转轮出流动能的回收程度。故本文先在第二章中讨论锥形扩大管的性能，然后在第三章中阐述贯流式水轮机的整体性能，确定运行的协联工况，最后在第四章中阐述尾水管流态，讨论协联工况下尾管流态以及与转轮出流之间的逻辑关系，得出以下结论：（1）数值仿真技术能够较为真实地模拟计算模型的内部流态和进行性能预测；（2）锥形扩大管能够通过回收轴向水流动能来提高出口的压能，减少管中的水能损失；（3）湍流模型、边界层、网格数量和入口旋回这几个因素都对数值仿真计算结果的精确度有一定的影响；（4）CFD技术能够预测贯流式水轮机的性能，确定活动导叶开度G和转轮叶片安装角度R的最优匹配，此时转轮出口流动带有一定的正旋回，尾水管内部流动状况最优，从而将转轮和尾水管联系起来，为水轮机叶片的进一步优化设计提供更为可靠的理论依据；（5）提出新的判断尾水管内部流动状况的标准——动能歪曲度Iek和比水能损率D，认识到当尾水管内部流动最优时，尾水管的压力回复系数Cp最大，比水能损率最小，出口动能歪曲度最小。本文在继承前人研究成果的基础上，深化和拓展对锥形扩大管和贯流式水轮机的研究，进一步论述它们内部水流的机理，找出新的规律，加强对它们两者的认识，最终为贯流式水轮机的研究和开发提供较为可靠的理论依据和验证手段。