轴（贯）流式水轮机因过流能力大、运行范围广、平均效率高、可双重调节等优势而被广泛应用于低水头水力资源的开发。轴流式水轮机在大流量工况下，机组效率下降、空化加剧、稳定性差等问题极大的限制了水轮机的安全运行范围；贯流式水轮机受重力和尺寸效应的影响，模型试验预测真机的性能与实际有一定的偏差，这些都是低水头电站亟待解决的问题。针对上述问题，开展轴（贯）流式水轮机性能研究与优化设计具有重要的理论和工程应用价值。本文对轴（贯）流式水轮机进行了系统的数值和试验研究，取得的主要创新性成果有：　　(l)研究表明：轴流转桨式水轮机大流量工况不完全“r1”型断面的蜗壳出口流动状态沿圆周以及高度方向的分布因进入涡形段的流量比例减小而具有明显的不均匀性，导致涡形段的部分活动导叶背面产生大小和长度随流量变化的导叶叶道涡，引起叶片扭矩产生大幅度的波动。　　(2)研究发现：轴流转桨式水轮机在运行过程中，导叶和叶片三角锲间隙处产生了不稳定的间隙涡带，使得机组内出现多种频率的压力脉动；在大流量工况下，流道拐弯靠轮毂处出现几股不稳定的柱状涡带群，柱状涡带的数量也随流量的增大而增加。在导叶叶道涡、三角锲间隙涡带、柱状涡等涡流的相互作用下，使得轴流式水轮机大流量工况机组空化加剧、效率下降、振动剧烈，从而揭示了轴流式水轮机大流量工况下不稳定的流动机理。　　(3)对轴流式水轮机过流部件进行了系统的匹配优化研究。将不完全蜗壳支墩形状由原来的二维翼型改进为具有三维空间形状的支墩，有效的改善了蜗壳出口水流分布不均匀以及单个叶片扭矩波动问题；基于轴流转桨式水轮机的空化特点，考虑导叶三角锲间隙流动的影响，对其转轮叶片进行优化，由原始的C型叶片改进为S型叶片，并分析其流动特性，结果表明，S型叶片的转轮具有良好的水力性能。　　(4)鉴于贯流式水轮机的真机和模型在性能方面的偏差，在考虑库区自由液面的情况下，对不同H/Dl的贯流式水轮机进行了真机性能分析。探讨了实际运行时，不同水头段贯流式机组内的压力分布特点以及叶片扭矩波动规律，揭示了贯流式水轮机的空化特性及振动根源。