本文首先应用CFD技术和水力设计CAD软件对深圳抽水蓄能电站水泵水轮机模型转轮进行了泵工况水力性能优化，研究结果表明：影响水泵工况扬程的主要因素是转轮的出口直径；影响水泵工况空化性能的主要因素是叶片的进口边位置以及叶片进口处的翼型形状。同时，探讨了在没有参考模型转轮综合特性曲线下如何预测水泵水轮机模型转轮水轮机工况性能的方法；并应用理论上的和统计规律的水泵工况与水轮机工况的参数匹配关系深入研究了深圳电站水泵水轮机模型转轮两种工况水力参数的匹配问题以及这两种工况下转轮流场的差异；从两种工况的流场分析得出转轮进出口轴面速度、速度矩的分布规律以及水轮机工况下导叶内水力损失情况，并对比分析了水泵工况与水轮机工况空化性能的优劣，可为水泵水轮机转轮的设计和研究提供参考数据。通过深圳电站水泵水轮机模型转轮水泵工况和水轮机工况性能的研究发现：用水泵工况优先、水轮机工况校核的步序进行选型并对其进行泵工况水力设计的方法，是合理的。 接着，应用三维湍流CFD技术对宝泉抽水蓄能电站模型转轮泵工况进行了单流道流场计算与分析，预测了泵工况扬程、效率、空化性能、转轮内部流场的速度、速度矩的分布规律，并将其性能与试验进行比较，得出了如下结论：CFD计算所预测的扬程比试验扬程高3.5m左右，误差约为7％：空化性能NPSH值在最优工况附近预测准确，在大流量区和小流量区，NPSH计算值与模型试验值相差很大，大流量时差值最大，达到3m。在宝泉电站转轮流场分析与试验分析的基础上，比较了宝泉与深圳两电站的模型转轮泵工况流场以及水力参数，发现，深圳电站水泵水轮机模型转轮的水力参数选择合理，但是空化性能和叶片进口流场不如宝泉电站水泵水轮机转轮，进而可见国内大型水泵水轮机转轮的研究还有许多工作要做。 再者，应用气液两相流VOF空化模型，采取依次减少模型转轮水泵工况进口压力的方法对宝泉电站模型转轮水泵工况进行了空化流场的计算。研究发现：VOF空化模型能较好地预测转轮水泵工况的空化性能，在最优工况时所预测的NPSH与试验值相差很小；大小流量时所预测的NPSH值与试验值也相差不多，大约在0.5m～0.85m之间，比非空化流场计算的NPSH与试验的差值小2～6倍；同时还预测了转轮发生空化的部位，这为水泵水轮机转轮运行提供了参考价值。 最后，研究了转轮叶片过流表面粗糙度对水泵水轮机泵工况下效率与空化的影响。采用对数律壁面函数与三维定常k-ε湍流模型相结合的方法，在考虑粗糙度影响的基础上，对水泵水轮机模型转轮泵工况下的内部流场进行了模拟，并对模拟结果进行了分析；同时，利用转轮内部流场数据与微观粗糙表面简化几何模型，采用多相流模型对局部粗糙叶片表面做微观流场分析。研究结果表明：粗糙度对转轮效率与空化均有影响，表面粗糙度值越大，效率下降越多，叶片表面上的空化数越大，由此推断叶片表面越易发生空化。