近几年，随着计算流体动力学——CFD技术的日趋成熟，在水轮机模型的开发研究和内部流场分析的应用也越来越广。CFD数值计算技术能较准确地获得水轮机内部流场分布及过流部件内部流动状态信息，为研究水轮机水力模型的水力性能与稳定性提供理论与现实依据，是成功设计出高性能的水轮机水力模型和对现有的水轮机进行优化改型的有效手段。在低水头段水轮机的设计中，高比转速混流式水轮机效率高且高效区宽、结构紧凑、运行稳定、使用寿命长等优势，备受中小水电站青睐。为此，开发出性能优良的高比转速混流式水轮机水力模型，能更加合理、充分和有效地利用水力资源，把潜在的资源优势转化成经济效益和社会效益，意义十分重大。
　　 本研究针对较低水头段水力资源的开发利用，参照水头段和比转速相近、性能优良的已有水力模型全流道的几何参数，采用Pro/E三维造型软件和ICEM软件设计出高比转速HL300水轮机水力模型初始方案，并进行了全流道网格划分，为提高过流部件内部流动CFD数值模拟精度及其性能预测的准确性奠定可靠的基础。CFD数值模拟，运用雷诺时均Navier-Stockes方程和RNGk-ε湍流模型，利用SIMPLEC算法，对初始设计方案的内部流动典型工况共25个计算工况点的流动状况进行了数值计算和模拟，进行模拟计算；依据模拟结果对该水力模型尤其是转轮，进行了全流道的反复计算与修型的改进；预估了水力模型各工况下的效率和空化性能。
　　 本文的主要创新点：⑴采用AutoCAD所提供的混流式水轮机叶片二维截面木模图，将其导入Pro/E生成三维立体图形，数据之间传递较为方便，表达准确直观。⑵针对叶片进口边和上冠交点不能直接导入的问题，采用叶片延展和虚拟上冠的方法，将叶片上部截面曲线延长，借鉴比转速相近的性能优良的叶片进口边和下环型线切割延展后的叶片，以期获得良好的叶片进口条件和下环处的流动条件。并依据流场分析的模拟结果调整翼型，保证叶片表面的平顺光滑性。⑶设计出了一个性能良好的转轮及过流部件水力模型方案。