农业是我国立国之本,目前我国农业机械化程度依然落后于发达国家,农业灌溉机械化仍然有很大发展潜力和空间。现阶段我国农业灌溉仍以地面灌溉为主,规模化作业水平较低。喷灌属于我国最早引进的先进灌溉方式,至今已在我国大部分农作物产区经过实践试验,未来喷灌将成为我国最主要的农业灌溉方式之一。卷盘式喷灌机作为最主要的喷灌装备,结构简单紧凑,移动便捷,可操作性强,人均工作量小等优点,自发明开始,就一直备受国内外青睐。我国引进卷盘式喷灌机以来,经过自主研究与开发,现已实现国产化,并形成了一定生产规模,不仅满足国内农业生产需要,而且开始出口,面向国际。我国卷盘式喷灌机的设计研发目前仅基于国外上世纪的旧机型,国内针对性的研究较少,因此,与国外先进机型相比,仍有较大差距,在动力驱动部件——水涡轮的差距更加突出。国内外针对水涡轮的研究几乎空白,国内生产企业也沿用国外旧型号水涡轮,不仅影响整机运行,同时也易因为组件之间不匹配造成不必要的损失。本文针对以上问题,在江苏省农业科技支撑计划项目BE2012385“低能耗自动卷盘式智能农业灌溉装备研究与开发”的资助下,基于试验研究、数值计算和理论分析,对JP75型卷盘式喷灌机专用斜击式水涡轮的水力性能展开了内部流动分析与优化设计。本文的主要创新研究有:1.利用水涡轮试验台对JP75型斜击式水涡轮开展水力性能试验。试验表明,水涡轮整体工作效率较低,最高效率仅为13.79%,其工作流量区极为有限。2.利用多重坐标系(MRF)方法对水涡轮展开稳态数值计算。为了选择合适的网格模型和湍流模型,对比了Realizableκ-ε模型和SSTκ-ω模型、四面体网格和多面体网格总共四种组合,最终确定了SSTκ-ω模型与多面体网格的计算设置,使数值计算与试验结果的误差相对较小,计算效率较高。3.针对JP75型斜击式水涡轮工作效率低,工作区间小的问题,对其不同转速、流量下的内流开展分析,并量化分析了水涡轮主要能量交换部件的能量交换效率。通过对压力、速度分布不均匀,梯度较大区域进行能量转换率计算发现,进口管道和转轮,两个过流部件的能量转换率较低,其中进口管道的能量转换率仅为26.31%,转轮的能量转换率仅为45.44%。4.基于正交试验方法,参考斜击式水轮机设计理论对水涡轮的主要几何参数进行了七因素三水平正交试验,并对试验结果进行了相关系数分析和主成分分析,最终确定了主要影响因素和最优参数组合,验证了优化模型不仅在设计工况下转速有了极大提升,同时也获得了更为宽泛的工作转速、流量区间。