在各种常见的流体机械中存在多种多样的复杂旋涡流动现象,对于这种现象的研究,在分析流体运动的本质,阐述复杂流动现象的演化机理,并进一步进行工程应用方面有重要的作用。混流式水轮机由于其本身的几何结构,导致了其内部充满了复杂的紊乱而不规则的旋涡流动。研究非定常条件下,水轮机内部涡量与物体之间的相互作用,以及各种旋涡流动的产生、演化对于混流式水轮机性能研究具有重要的意义。本论文的主要研究工作是对混流式水轮机内复杂旋涡流动的数值模拟和诊断方法进行了研究。首先,推导了适应于旋转机械的湍流模型封闭模式,并利用算例的试验数据进行验证。同时,提出利用涡量参数对非定常流场进行诊断的方法;利用混流式水轮机单流道模型的计算结果和试验测量数据,对不同转轮模型在不同工作条件下,呈现的流动状态和能量损失情况进行了分析。对两组混流式模型水轮机机组进行了全流道、三维湍流非定常数值模拟计算,选择了3个不同的活动导叶开度,同样的单位转速的工况进行了计算,模拟结果和试验进行了对比验证。同时根据推导的能量方程分解式,对不同模型水轮机的计算结果进行了对比分析,研究旋转涡带的成因以及影响压力脉动幅值的流动因素利用能量参数评价准则,对旋转涡带诱发的压力脉动进行了研究,得出了决定涡带诱发压力脉动频率和幅值的相关动力学参数。