研究水力机械转轮中水流运动的一门学科，是水力学的一个分支。它阐述水力机械的工作原理及其转轮水力设计的理论基础。早在原始时代，人们就制造了简单的水力机械，2000多年前，中国就发明了水碓。公元前2～3世纪埃及人已应用阿基米德螺旋水泵。18世纪以后，现代化的叶片式水力机械在各国已开始制造。欧拉（L.Eular）首先提出涡轮机理论的基本方程，这个方程奠定了各种涡轮机的理论基础。20世纪初，茹可夫斯基（Н.Е.Жуковский）发表了关于平面平行流中作用于机翼上升力的学说，被公认是机翼升力理论的基础。以后茹可夫斯基等人又不断深入研究，完善并创立了机翼和翼栅理论，成为设计轴流式水力机械转轮的理论依据。在混流式水力机械的转轮中，水流的流面是个曲面，这个曲面不一定是绕水力机械转动轴的回转面。长期以来，对混流式转轮的水力设计广泛采用水流流动是轴对称的假定。即假定转轮上叶片趋于无限多个，每个叶片又趋于无限薄，水流在和水力机械同轴的回转面上流动。这就把实际流动简化为一维或二维流动，对应的有一维和二维两种计算理论。这些理论都对实际水流流动进行了简化。设计的转轮都必须进行大量模型试验来验证。而试验的结果又不能指出改进叶片没计的有效途径。为了进一步缩短水力机械制造周期，提高水力机械效率及工作的可靠性，就要求进一步完善水力计算的理论。近年来，由于电子计算机的应用和计算理论的发展，已逐渐将原用于可压缩流体叶轮式机械的三维流动理论应用于水轮机的设计和研究中。此项研究开始于60年代大型可逆式水泵水轮机的研制。目前三维理论绝大多数的计算是以中国学者吴仲华提出的所谓S₁和S₂相对流面理论为基础，利用这两个流面上水流参数互相关联，分别寻求两个二维流动解后，交替迭代，逐次逼近得到标准三维流动的解。真正的三维流动解的研究工作，还待进一步发展和完善。在水轮机设计中应用三维理论的计算方法后，可设计出保证高性能指标的良好转轮，又可大大减少试验的工作量。