フランシス水車
歴史上、多くの種類の水車が製粉所や工場などで用いられてきたが、そのほとんどは効率面で問題を抱えていた。19世紀には水車の改良が進み、やがて原動機として蒸気機関と肩を並べるまでになった。
1826年、フランスの技術者ブノワ・フルネーロン (Benoît Fourneyron) は水車の内側から外側に向かって水を流す水車(いわゆるフルネーロン水車)を開発し、80 パーセントという高い効率を達成。ランナの接線方向より流入した水が、ランナを回転させる要因となる。同じく1820年代にフランスの技術者ジャン=ヴィクトル・ポンスレ (Jean-Victor Poncelet) がフルネーロンの水車と同様の概念で水車の外側から内側に向かって水を流す水車を設計。アメリカ合衆国ではサミュエル・ハウド (Samuel B. Howd) がこれに似た水車で1838年に特許を取得した。
1848年、フランシスはこれらの水車を改良し、効率 90 パーセントを実現した。彼が適用した科学的な理論や検証試験の方法は、史上最も効率の高い水車の設計開発に結びついた。さらに注目すべきことは、彼の数学理論と視覚化された計算手法は、当時最先端の水車設計工学をさらに進化させるものとなったことである。彼の分析的な研究手法は、水車を設置する箇所ごとに流況を正確に把握し、最適な水車設計を行うことを可能にした。