近年来，随着水轮机比转速的提高和转轮能量性能和抗空蚀性能的大幅度提高，大型水轮机在稳定运行方面出现的问题越来越多。例如：机组在运行不长的时间里，转轮叶片就发生裂纹；一些能量性能和抗空蚀性能相当优秀的水轮机，在部分负荷工况下运行时出力摆动加大，机组振动加剧，甚至引起整个厂房发生共振，成为电厂安全运行的严重隐患。因此，提高大型水电机组的稳定性已成为当前研究的重要课题。 本论文的主要工作是通过非定常三维湍流数值模拟预测混流式水轮机的水力稳定性问题，其研究涉及了“龙滩水电站水轮机参数优化及稳定性研究”和“混流式水轮机的水力稳定性研究”两个实际工程课题的内容。论文包括以下主要部分： 1.模型混流式水轮机全流道的三维定常湍流计算。从计算结果可分析出水轮机的内部流态；并预测了水轮机的能量特性和空化特性，在此基础上得到了水轮机的综合特性曲线。 2.模型水轮机中转轮和导叶，转轮和尾水管间的两级动静干挠流动的三维非定常湍流联合计算。从而得出水轮机各部件内的瞬时流态和随时间的变化过程，预测了水轮机各部件内压力脉动的频率和幅值，并显示尾水管内的旋转涡带现象。 3.任意拉格朗日-欧拉(ALE)表示法中基本方程的理论研究。应用了ALE法来处理叶轮机械中旋转叶轮的动边界问题，并推导出ALE法中的雷诺方程。 4.水轮机非定常湍流数值的计算中，分别采用了标准k-ε湍流模型和RNGk-ε(重整化群k-ε)湍流模型，并进行比较，从而较为准确的预估出尾水管内偏心涡带及其诱发的压力脉动幅值和频率。