最优工况指水轮机效率最高的工作状况（一定的水头、出力和转速）。反击式水轮机在最优工况时，水流进入转轮的方向与转轮叶片在进口部分的安置方向比较一致，因而能以很小的撞击损失绕过叶片。同时，从转轮出来的水流大体上沿着通过轴线的平面，旋转很小，其动能可以顺利地由尾水管回收。水斗式水轮机在最优工况时，从喷嘴出来的射流速度和射流直径是最优值，射流能够以最小的损失将能量传给转轮。

水轮机在运行过程中，由于外界条件（如水电站水头、机组负荷）的变化，其水头、流量、功率等工作参数也在不断地发生变化，转轮中的水流流态也是不断地改变的。相应的，这些不同运行工况下的水轮机的水力损失也各不相同，即水轮机效率各不一样。

水轮机效率最高的工况称为水轮机的最优工况，其余工况均称为水轮机的非最优工况。

水轮机在最优工况运行时，水力损失最小。理论上，最优工况应发生在进口水流无撞击、出口水流呈法向的条件下。

1、无撞击进口

当转轮进口水流的相对速度的方向与叶片剖面的中线在进口处的切线相一致的时候，水流绕流平顺，不产生撞击、脱流等现象，水力损失最小，称为无撞击进口。

但当水流相对速度与叶片剖面中线在进口处的切线方向不一致的时候，就会发生撞击时，会出现脱流和漩涡区，产生撞击损失，使水轮机效率下降。

2、最优水流出口

不同水头下的反击式水轮机对最优水流出口的要求略有不同。对高水头水轮机，最理想的转轮出流是法向出口；而对中、低水头混流式水轮机及轴流式水轮机，转轮的略具正环量的水流出口是有利的。

（1）法向出口。当从转轮流出的水流是沿着轴面流动且无旋时，称为法向出口，此时出口水流角α2=90°，出口速度三角形为直角三角形。

（2）略具正环量的水流出口。当转轮出口水流略具正环量时，出口水流角α2略小于90°，Vu2略大于零，此时Vu2的方向与转轮转动的方向一致。此出流与法向出口相比，对混流式水轮机及轴流式水轮机，反而能减少水力损失，改善水轮机的效率及汽蚀性能。

原因如下：

①具微量正向旋转的水流，在水流自身的离心力作用下，将紧贴尾水管的管壁流动，因而不易发生脱流及滞水区，从而减少尾水管的能量损失；

②由于转轮进、出口环量的增大，相应使转轮进、出口水流相对流速w1、w2减少，从而也能降低转轮中的水力损失。

对于形状和尺寸均已确定的水轮机，最优工况只会在某个水头、流量和转速的条件下出现。但水轮机在实际运行中，水头、流量总是变化的，因此不可避免地要偏离最优工况运行。

下图《水轮机非最优工况》为水头固定、导叶开度减小和导叶开度固定、水头降低时的转轮进、出口速度三角形的变化情况，其中虚线表示最优工况。

对于轴流转桨式水轮机，转轮桨叶可随着工况的改变而转动到相应的角度，使转轮进口水流接近无撞击和出口接近最优出流，因而转轮可以在相当大的水头和流量变化范围内具有高的效率和稳定性。