近年来，计算流体动力学分析—CFD技术已日趋成熟，它在水轮机的模型开发研究和内部流场分析方面的应用越来越广泛。CFD数值模拟能够较准确地获得水轮机内部流场分布及各过流部件内部流动状态信息，为研究水轮机水力模型的水力性能提供了技术支撑，是成功设计出高性能水轮机模型和对现有水轮机进行优化的有效手段。我国的水轮机泥沙磨损是十分突出的问题，造成巨大经济损失。建国以来虽着重进行了磨损机理、抗磨蚀材料及防护措施等大量实验研究，取得了一定成效，但这一难题仍未得到满意解决。由于两相流工况下水轮机过流部件的设计理论不是十分完善，在实际工程设计中多数的设计是建立在经验基础之上，利用清水设计理论并加以修正来设计，以至于设计出的水轮机在实际含沙河流上运行时性能得不到保证。因此，开展新的抗磨损水力模型研究是十分必要的。本文的主要研究内容和创造性成果如下：1、参照水头段和比转速相近、性能优良的已有转轮水力模型全流道的几何参数，采用二元理论ω_u≠0的方法，遵照转轮要满足在一定使用水头下，有尽可能高的转速和尽可能大的过流能力、较高的最高效率和平均效率，要有良好的空蚀性能、工作稳定性和对变工况的适应能力等的要求，设计出了转轮的初始方案。2、借助Pro/E对已设计出的混流式水轮机进行全流道三维实体造型；用ICEM对实体造型划分网格。对初始设计的水力模型方案进行数值模拟，通过分析数值模拟的结果对相关部件的几何尺寸和形状做了调整、修形和改进。3、对固定导叶与活动导叶在不同相对位置时的泥沙磨损情况进行了分析，并给出了抗磨损性能较好的导叶相对位置。4、对水轮机的大流量工况、设计工况、小流量工况进行模拟分析，得到各过流部件内部详细流动信息，结果表明设计工况压力、速度分布最好，非设计工况也基本能满足预期要求。5、模拟了颗粒直径一定，颗粒体积浓度不同时，在两相介质情况下的流动状况，从模拟结果可以看出固体颗粒浓度不同对水轮机过流部件的磨损规律不尽相同，对于具体河流上的水电站的运行情况，在设计时应具体考虑，以达到整体水轮机组的较好的水力性能。6、设计出了一个性能良好的混流式水轮机的水力模型方案；通过对所设计的混流式水轮机水力模型的49个工况点的数值模拟预估了其水力性能，基本上都达到了设计要求和预期效果。