我国水电资源潜力巨大,作为水力发电的一部分,小水电具有资源分担、生态负担小、技术简单、投资低的特点。双击式水轮机是小水电中被广泛应用的水轮机,它结构设计简单、制作容易、成本低、易于维修,汽蚀性能好及流量使用范围广。双击式水轮机的不同结构对水轮机的性能存很大的影响,国内外研究学者对诸多双击式水轮机的形状、参数及其对水轮机性能的影响研究都取得了一定的进展。本文把某双击式水轮机作为研究对象,应用ANSYS CFX仿真软件对水轮机内部的三维流动以及能量分布进行数值计算,在设计工况下对水轮机进行改型分析,同时采用优化方法设计得到叶片的最佳改变量,并对优化后的模型进行了三维非定常数值计算。本文的主要工作为如下几个方面的内容:首先,对双击式水轮机全流道进行建模和网格划分,并对所用网格进行无关性验证。在对双击式水轮机进行定常数值模拟的基础上,对双击式水轮机进行转轮改型设计,改变叶片的数目、叶片的直径比、叶片的头部安放角并进行CFD全流道数值计算,研究了转轮叶片数、叶片直径比、叶片安放角分别对双击式水轮机的流场特性与能量特性的影响。研究结果表明:当双击式水轮机叶片数为22,直径比为0.70,叶片安放角为153°时在效率和出力方面均有明显的提高,改善了转轮流道的流态,减少了水流能量损失,气液混合更加充分。第二,为了研究叶片数、叶片直径比和叶片安放角这三项转轮参数对双击式水轮机内部流动特性的综合影响,得到水轮机效率最优时的最佳参数组合,利用径向基函数(RBF)神经网络近似模型的方法来优化叶片参数。研究结果表明:优化设计后转轮的总体性能有不间程度的改善,水轮机转轮域流态得到改善,效率也得到明显的提高。第三,对优化后的转轮进行全流道非定常数值计算,研究了优化后的水轮机的转轮内部压力脉动特性分布规律。研究结果表明:两种优化方案在叶片进出口均存在主频为7.58Hz的低频压力脉动,采用的优化设计方案B涡流强度减弱的程度更明显,核心区域强度减少,且在水力稳定性方面有一定的改善。