В работе развиты модели, численные алгоритмы и комплекс программ для решения следующих задач проектирования турбомашин:

• оперативный расчет КПД в широком диапазоне режимов работы;
• определение зоны устойчивой работы;
• оптимизация формы рабочего колеса и отсасывающей трубы по критериям максимизации КПД и прочности при одновременной минимизации кавитации и металлоемкости.

Для решения этих задач выполнено следующее.

1. Предложена новая постановка и численная реализация граничных условий в задаче протекания, позволяющая проводить расчеты с постоянным напором. Усовершенствован численный метод искусственной сжимаемости для решения уравнений трехмерного турбулентного движения смеси «жидкость-пар», позволивший в 1.5 раза ускорить расчеты. Разработана масштабируемая технология MPI-распараллеливания расчетов на блочно-структурированных сетках.
2. Численные модели реализованы в виде комплекса программ для прогнозирования КПД гидротурбин в широком диапазоне режимов работы. Выполнена верификация и валидация численной модели на ряде турбин различной быстроходности, определена область ее применимости.
3. Разработаны и новые постановки задач, целевые функционалы и ограничения для задачи оптимизации формы проточного тракта гидротурбины, позволяющие одновременно максимизировать КПД турбины и прочность рабочего колеса, минимизировать кавитацию и металлоемкость конструкции. Оптимизационный комплекс протестирован на решении ряда практически важных задач проектирования формы проточного тракта радиально-осевых и поворотно-лопастных гидротурбин.
4. Разработана методика определения зоны устойчивой работы турбины, основанная на 1D-3D модели нестационарного кавитационного течения в проточном тракте ГЭС. Исследован механизм возникновения гидродинамической неустойчивости течения в системе «напорный водовод-гидротурбина» на режимах повышенной нагрузки. Исследовано влияние численных и режимных параметров, а также формы рабочего колеса на частоту и амплитуду установившихся автоколебаний.