液力透平内部的流动是非常复杂的三维流动，包括层流、湍流和转捩流。输送的流体可能是单相的，也可能是多相的。由于受叶轮旋转和叶片表面曲率的影响，还伴有分离流、回流及二次流等复杂流态。液力透平内部流动是流体工程中最难进行试验和理论研究的流动问题之一，大量研究有赖于数值模拟，因此其技术也就获得很大发展。特别是近些年来，借鉴其他叶轮机械的成果，液力透平内部流动的数值模拟取得了巨大的进步。
1.液力透平CFD发展现状
液力透平CFD的发展现状体现在以下几个方面。
1）CFD已成为现代叶轮机械设计与分析的必要工具和手段。有些用户自行开发满足个性化需求的CFD软件，如ConceptsNREC公司开发了pbCFD软件，德国慕尼黑大学开发了CNS3D软件，但大多数厂商选择商用CFD软件进行流动分析，如ITTFlygt、KSB等公司选择FLUENT，ABB、Siemens等公司选择CFX⁃TASCflow进行产品研发。CFD已不仅仅局限于流场计算，它与CAD的集成越来越密切，因而正在形成满足工业应用的液力透平反问题设计方法。
CFD还常与结构有限元系统集成，用于流固耦合计算，以完成液力透平结构动力学特性分析，特别是结构振动特性和结构强度特性的计算。
2）基于CFD的液力透平性能预测已基本达到工程实用程度。在定常条件下，液力透平水头、效率等主要能量指标的预测精度一般可达6%或更高。例如，文献[71]采用全流场计算时，透平在最高效率点的效率、水头、轴功率的CFD预测值与试验值的相对误差分别为5.09%、4.04%、9.21%。小流量时的效率相对误差较大，最大为7.74%，水头的最大相对误差为4.29%，轴功率的最大相对误差为12.31%。可见：CFD软件可以较为准确地预测透平的流量、效率和水头，在设计工况附近，预测值的相对误差最小，而在小流量和大流量附近，预测值的相对误差较大。当然，取得这种预测精度与软件使用者的经验、同类型液力透平的流场测试和外特性曲线数据库大小等有关。目前还没有办法做到对于任意给定类型、规格的液力透平均能准确预测出全工况范围内的水头、功率和效率特性。
非定常条件下的液力透平CFD分析，是近几年的研究热点之一，基于非定常理论的液力透平流场压力脉动计算、流固耦合分析、振动分析等已取得进展。
3）一些新计算模型正被逐渐采用，CFD分析方法趋向于多样化。从CFD分析方法看，以前广泛使用的2D或准3D的流线曲率法、两类流面迭代计算方法，已经基本退出历史舞台，取而代之的是全3D湍流分析方法。为了有效处理水流黏性，在液力透平CFD中，目前广泛采用基于RANS的湍流模型。
大涡模拟方法虽然计算量偏大，但近几年随着计算机性能的提高，在非定常模拟方面表现出独特优势。从所研究的输送介质看，多数CFD分析是针对单相流体（水）的，但气液两相流的分析也越来越多，因为在工程实际中，液力透平所回收的流体是含有一定体积气体的。(https://www.xing528.com)
过去以单通道（即选取两个叶片所夹区域为计算域）分析为主，目前大多以全通道分析为主。在动静部件的界面处理模式上，目前普遍采用滑移网格技术及动网格技术等。
4）快速发展的叶轮机械内部流场测量技术为准确评价CFD计算精度提供了帮助。要准确评价CFD计算结果，在目前缺乏国家标准和ANSI标准的情况下，只能采用与内部流场实测结果或液力透平外特性测试结果对比的方法。目前使用最广泛的速度场直接测试方法是PIV。内流场直接测量的方式，虽然理论上更准确，且具有发展潜力，但测试成本较高，实测精度受限，因此，目前更多的CFD计算通过与液力透平外特性相比较的方法来检验CFD精度。例如，文献[72]采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法获得了一组离心泵用作液力透平的换算系数。
2.液力透平CFD的发展方向
液力透平CFD技术已经成为液力透平研发非常重要的工具之一，是改善透平水力性能、提高稳定性、优化透平结构等的重要手段，也将是未来液力透平领域研究的重点。未来液力透平CFD的发展方向可以概括如下：
1）探求更适合液力透平的计算模型和方法。目前的CFD分析还存在很大局限性，只有在特定条件下才能取得比较可靠的结果，且由于目前大部分液力透平均为离心泵作液力透平，所以在研究液力透平时所选取的计算模型大部分都是按照泵的计算模型选取的，但由于工作原理的不同，导致其计算模型不一定相同。因此，需要在计算模型、数值计算方法等诸多方面进行改进，同时探索不同的数值处理模式。
2）矢量化及并行技术。目前的液力透平CFD计算时间还显过长，即使在最快速的PC上，高精度、多时步的非定常计算也需要数天才能完成，有时计算规模还受到一定限制，特别是在气液两相条件下。应用矢量化及并行技术可以提高数值模拟的精度，提高计算的速度，能解决比较复杂的流动问题，因此越来越受到重视。目前这方面的工作还很薄弱。
3）集成化与模块化。需要研究更加适应液力透平特点的CFD前处理器、求解器、后处理器，以及与CAD、FEM和CAM等模块能有效连接的液力透平集成设计分析系统，此外，针对液力透平应用的不同特点，要建立专门的分析模块，如能量指标预测模块、稳定性分析模块、压力脉动分析模块等。
4）评价体系的建立。为了从根本上提高CFD水平，需要进一步改进和提高流场测试手段和水平，建立CFD计算的标准化评判体系。
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