近年来，计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）得到迅速发展，利用CFD技术可以优化转轮叶片设计，以减少制作模型转轮叶片数量和上模型试验台做试验的次数；在老电站技术改造中，利用CFD技术可分析原水轮机的不足，然后提出优化措施，这可大大提高水轮机设计的质量和效率。
水轮机工作介质是水，水在流动分析中被视为不可压缩的流体，因此，水轮机内部的流动分析属于不可压三维湍流问题。全三维湍流N—S方程是目前描述流体运动比较准确的数学模型。求解N—S方程的方法主要包括雷诺时均方程（RANS）法和大涡模拟（LES）法。
由于大涡模拟对网格尺度要求高，特别在湍流活跃的剪切区、逆压梯度区和近壁区，要求计算域内的网格足够密，湍流的多尺度特性所要求的网格密度是目前计算机无法承受的，因此，在对真机的模拟中，采用大涡模拟进行大量工况的计算在现阶段还不现实。而雷诺平均方程为统计模型，对计算资源的要求远远小于大涡模拟，因此，在目前的条件下，宜采用以雷诺平均方程为基础的湍流模型，计算中采用了SSTκ—ω模型。
其中，静止坐标系中雷诺平均N—S方程如下：
由于要计算旋转转轮内的流动，在旋转坐标系下，雷诺平均N—S方程如下：
由于要计算旋转转轮内的流动，在旋转坐标系下，雷诺平均N—S方程如下：
式中：p为压力；fi为体积力分量；ρ为水的密度；
为转轮旋转角速度；ui、wi分别为绝对速度和相对速度分量；μ为黏性系数；μt为湍流黏性系数。
由SST k—ε湍流模型加以封闭。
由于是不可压缩流场计算，在RANS的求解中，采用了SIMPLEC实现速度场与压力场的耦合。
定常计算条件包括以下几方面。
（1）进口条件。采用压力进口条件，在进水段进口处，根据水轮机的水头给定相对总压力，速度方向垂直进口断面。
（2）出口条件。采用压力出口条件，在尾水管出口处，给定平均静水压力为0。
（3）转轮转速。根据水轮机转速给出。(www.xing528.com)
（4）壁面条件。固壁面采用无滑移边界条件。
（5）交界面。计算中采用了滑移网络模型模拟动静干扰流场，转轮部件的网格相对活动导叶和尾水管部件的网格转动，各部件的计算同时进行。交界面处保证插值后速度分量和湍流量一致；同时保证积分后压力和流动通量一致。进口段与活动导叶的交界面采用Stage类型的交界面，活动导叶与转轮的交界面、转轮和尾水管的交界面为滑移交界面。
式中：p为压力；fi为体积力分量；ρ为水的密度；
为转轮旋转角速度；ui、wi分别为绝对速度和相对速度分量；μ为黏性系数；μt为湍流黏性系数。
由SST k—ε湍流模型加以封闭。
由于是不可压缩流场计算，在RANS的求解中，采用了SIMPLEC实现速度场与压力场的耦合。
定常计算条件包括以下几方面。
（1）进口条件。采用压力进口条件，在进水段进口处，根据水轮机的水头给定相对总压力，速度方向垂直进口断面。
（2）出口条件。采用压力出口条件，在尾水管出口处，给定平均静水压力为0。
（3）转轮转速。根据水轮机转速给出。
（4）壁面条件。固壁面采用无滑移边界条件。
（5）交界面。计算中采用了滑移网络模型模拟动静干扰流场，转轮部件的网格相对活动导叶和尾水管部件的网格转动，各部件的计算同时进行。交界面处保证插值后速度分量和湍流量一致；同时保证积分后压力和流动通量一致。进口段与活动导叶的交界面采用Stage类型的交界面，活动导叶与转轮的交界面、转轮和尾水管的交界面为滑移交界面。
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