铸造过程计算机模拟与仿真是铸造学科发展的前沿领域。铸造过程的数值模拟可以帮助工程技术人员预测铸件缺陷,确保铸件质量,降低生产成本。大型水轮机叶片由于截面尺寸大,三维曲面复杂,具有小批量生产的特点,其内部的组织结构缺陷不可能通过反复的生产实验来加以改善和控制,因此需要通过数值模拟优化工艺设计,确保叶片铸件质量。本文主要研究内容如下：1、砂型热物性参数和界面换热系数是决定铸造过程仿真模拟结果准确性的重要因素。为获得水玻璃砂准确的热物性参数和界面换热系数值,本文采用浇注法,通过自行设计试验装置,实测水玻璃砂型温度变化曲线,结合反算法测得水玻璃砂的热物性参数,建立了该工艺条件下水玻璃砂的热导率和比热数学模型。并在此试验基础上,通过ProCAST反求模块进行逆运算,得到水玻璃砂与铸钢材料界面换热系数值。2、利用ProCAST软件对水轮机叶片铸件钢液充型过程的流场进行了数值模拟,对传统浇注系统和改进后的浇注系统分别进行了模拟分析,结果表明传统浇注系统浇注过程容易使钢液发生紊流状充型,而改进后的浇注系统充型平稳。3、对水轮机叶片凝固过程的温度场进行了数值模拟,预测了水轮机叶片铸件容易产生缩孔、缩松的位置全在冒口处,叶片铸件本体无缺陷,证明了铸造工艺的合理性；对水轮机叶片凝固过程的应力场进行了数值模拟,预测了凝固过程中应力场对叶片铸件变形量的影响,并指出叶片铸件本体发生的最大变形量和变形位置,为叶片铸件生产过程中变形量的施加提供了指导意见。本文测得的水玻璃砂热物性参数和界面换热系数值,可以为大型铸件在模拟铸造过程中边界条件的确立提供参考,同时期望水轮机叶片铸件铸造过程的模拟仿真对实际生产具有指导意义。