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大流量贯流式水轮机具有平坦的效率曲线，因为活动导叶和可调节的转轮叶片构成了水轮机的双重调节机构，在运行过程中调速器使导叶开度与叶片转角保持协联关系，以致水流总是处于较理想的工作状态。但因为贯流式转轮叶片数目少，叶片总面积少，而过流量又较大，所以汽蚀系数大。研究贯流式水轮机最优工况可以有效避免水力损失与汽蚀问题。
通常情况下通过物理试验的方法来得到协联工况点及其特性，需要大量的重复试验。本论文提出一种方法，通过对活动导叶、转轮叶片进行翼型形状的分析，探讨导叶出口角度γG与转轮入口角度φR的最优对应关系，来预测协联工况。水轮机三维数值解析方法也可以进行数值预测，但仿真实验需要较高的解析技术及时间。本文提出的预测方法可快速地为三维数值预测提供初始条件，为设计及运行提供有力的帮助及依据。
为了验证大流量转轮的水轮机模型翼型的形状解析正确性与可靠性，需要对模型进行定常流动解析计算，并且对计算结果进行能量分析与流动状况研究。通过活动导叶和转轮叶片各流面的速度矢量以及能量云图分布，揭示了水流在通道中流动状况。转轮出口环量较小，没有产生过大的旋回，使得尾水管流态平稳，尾水管出口的动能小于入口的动能，而压能则大于入口压能，体现了尾水管对动能进行回收的功能，也证实了形状解析的结论。转轮效率较低，仔细调查发现了叶片处靠近轮毂和轮缘的流面出现压力骤降的情况，判断为流速过快可能产生汽蚀，于是对叶片进行优化设计，改善问题点的流动状况。
针对流动解析发现的问题，我们对转轮叶片进行翼型改良。叶片厚度更加合理，利用速度三角形重新推算了骨线流动角的理想分布，叶片表面形状也是足够光滑，避免由于高速流体流经凹凸面时产生脱流或汽蚀现象，同时防止由此可能造成的叶间通道水流不稳定导致压力脉动或机械震动，保护生产安全。
物理试验是本研究的重要组成部分。文章的后部分介绍了实验台搭建过程中的主要技术问题，阐述了进行试验的条件设备。然后总结了模型水轮机的性能表现的测试以及性能特性曲线绘制步骤，使本研究中所探讨的原理以及结论得到了深刻地验证。