转轮是水力机组的核心部件,也是水电运行中最容易受到破坏的部件。新型转轮需要尽量提高效率,改善空蚀、磨蚀和应力集中等问题以改善整体性能,达到机组安全、经济的运行指标。带有短叶片的转轮具有高效区较宽、振动小、抗空蚀磨损等优势,发展前景广阔。在水力机械优化设计过程中,优化中的两个重要的学科是水力性能和结构性能。为了探索更好的水轮机优化设计路线,缩短研发周期,确保机组稳定、高效运转,本文基于多学科优化设计方法,同时考虑水轮机转轮的水力性能和结构性能,对高水头混流式水轮机转轮短叶片进行多学科优化设计。本文采用CFD计算与FEM分析相结合的优化流程,以提升转轮整体性能,优化中将包括上冠下环在内的转轮整体考虑进去,以得到与实际更接近的应力分布。通过采用UG二次开发的Open Grip语言编译程序对叶片几何进行参数化,运用Bezier曲线拟合叶片各截面几何翼型骨线,实现转轮的参数化。优化自变量为短叶片翼型骨线外形、翼型头部偏移量、翼型相对厚度,约束条件为进出口总压差,优化目标为转轮效率、转轮叶片最低静压值和转轮最大静应力,进行学科间耦合信息传递及各学科的分析,运用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法展开全局寻优从而得到最终优化结果。本文基于NSGA-Ⅱ多目标遗传算法分别对三个工况下的转轮进行优化,再通过超传递近似法对不同几何在三个工况下的优化目标进行加权,对加权目标函数进行比较,最终的优化几何选取大流量工况下优化的几何。优化后的结果显示,优化后的转轮效率得到提高,最低静压得到提升,最大静应力有所降低,转轮的整体性能得到了提高,对水轮机转轮短叶片多学科优化设计的工程应用进行了一定的探索。