随着叶片式水力机械的不断发展，工程上对混流式水轮机的三大综合性能指标——效率、空化性能和稳定性提出了更高的要求。从国内外在高性能水轮机设计上所取得的成就来看，采用水力机械内部流场的CFD数值计算技术来获得准确详细的过流部件内部的综合特性，为研究水轮机水力性能及稳定性提供理论基础，是成功设计高性能水轮机的重要保证，也是对现有的水轮机进行优化改型的有效手段。针对传统方法设计水轮机叶片时，获得的轴面截线和截线交点疏密不均、个数不等、不利于叶片木模的计算和绘形的缺点，文中利用叶片叶型骨线数值生成叶片木模图，使新的木模图能够更好的体现设计要求和符合实际转轮叶片的形状，并能满足进一步的水力和机械分析以及数控机床制作模型叶片的需要，对水轮机的整体设计具有参考价值。在该方法的基础上设计出了低比转速HL95型水轮机。为研究水轮机水力性能及稳定性，文中针对设计的低比转速HL95型水轮机进行了全流道三维紊流数值模拟计算。通过对水轮机典型工况点的详细计算分析，可以看出：各过流部件的设计符合设计要求；同时在最优工况下，尾水管没有明显的偏心涡带，在大流量工况下，尾水管直锥段内有与旋转方向相反的涡带；在小流量工况下，尾水管直锥段内有与旋转方向相同的涡带。对各过流部件水力性能分析，可以得出：引水部件的水力损失随导叶开度的减小而减小；最优工况点转轮水力损失最小，同时空化系数的计算值随着导叶开度的增加而增大；尾水管内的水力损失，在大流量工况，损失主要在肘管部位，在小流量工况，损失主要发生在直锥段部位。文中结合经验公式，利用FLUENT中的UDF功能，通过编制程序，实现了泥沙对水轮机过流部件的磨损强度分析。通过最优工况的固液两相流计算，上冠和工作面进口边处磨蚀较为严重，而转轮内固相速度最高的区域是工作面靠近进口的地方，固相浓度最高的地方是工作面靠近出口边和下环的地方。另外计算结果表明靠近叶片的区域泥沙浓度的变化梯度大。