该文建立了一套基于三维粘性流数值分析的反击式水轮机转轮水力性能的优化方法.提出了混流式水轮机在最优工况转轮进口负冲角、轴流式转轮轮毅侧为正冲角而轮缘处为负冲角的设计思想.建立在转轮进口冲角理论基础上和以较少的权系数为设计变量的目标函数的Hooke-Jeeves优化方法极大地缩短了获取反击式优秀转轮所需的计算时间.并成功地应用到工程实践中.该文首次提出了一种新的叶片空间曲面任意变形的方法,即参数化叶片并利用Bezier曲面控制叶片不同区域变形程度.该方法的优点是:对边界变形灵活;避免叶片变形过程中空间曲面插值过程;保证叶片变形过程中的光滑性;保持叶片几何数据的原始形态.在转轮的外特性试验和内特性计算的基础上,该文首次利用叶片表面数值相对压力的最小值来预测真机的空化性能.并提出了反击式水轮机优秀转轮叶片表面数值压力场所具有的特征和改变叶片表面压力场的叶片变形模式.利用高精度模型试验台对该文分析的转轮进行了能量和空化试验,通过计算结果与试验结果的比较,验证了优化模型的可靠性.该文首次采用流态观测成像系统重点同步观测了最优工况混流式水轮机转轮进口脱流现象,使负冲角设计思想得到定性的检验.对轴流转轮进口观测的结果说明在最优工况轮缘有一定的负冲角而轮毂有一定正冲角的设计是合理的.