由于轴流转桨式水轮机具有转速高,尺寸小以及通过改变导叶开度和桨叶转角而达到最佳匹配等优点,在中低水头水电站得到广泛的应用。在多数轴流式水电站中,由于比尺效应等的影响其协联关系并不完全正确,且由于不完全蜗壳引起转轮口来流不均匀等因素使整机效率和稳定性有待提高。因此,展开轴流转桨式水轮机内部流动特性的研究具有重要经济意义。本文对轴流转桨式水轮机进行了三维定常和非定常流动的数值模拟,其主要内容包括以下几个方面：首先对四种不同支墩的蜗壳进行全流道定常数值模拟,研究不同支墩形式对水轮机内部流场特性及性能的影响,分析了导叶出口沿圆周方向和导叶高度方向上流量、压力、速度及水流角的变化规律。计算结果表明：蜗壳支墩尾部自下而上偏向蜗型进口的设计能够将水流引向蜗型部分,使流量沿圆周方向分布更加均匀。第二,在未装转轮时,对轴流转桨式水轮机进行自由泄流三维定常数值模拟,研究各断面流量系数、直锥段和肘段涡流区的特性,以及尾水管左右侧过流能力。同时还阐述了自由泄流和正常运行沿径向水流速度矩的分布规律。第三,基于动网格技术,对轴流转桨式水轮机单周期进行定常和非定常计算,寻找协联工况点。计算结果表明：动网格技术能够有效的求解导叶,桨叶转动过程中所存在的非定常特性,以及快速获得轴流转桨式水轮机协联工况点,为轴流转桨式水轮机电站的稳定运行提供帮助。第四,借助CAD强大的绘图功能和Excel强大的计算功能,以Excel为载体,对VBA在水轮机辅助设计中的应用进行了二次开发,其中主要包括速度三角形、轴流叶片和轴面流道的自动绘形。结果表明这种方法精度高,数据传输方便,能够实现计算过程的可视化,这将大大简化操作步骤,提高工作效率。