水輪機(jī)模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬分析考核試卷

水輪機(jī)模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬分析考核試卷考生姓名：答題日期：得分：判卷人：

本試卷旨在考察考生對(duì)水輪機(jī)模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬分析的基本理論、實(shí)驗(yàn)技能及綜合運(yùn)用能力。

一、單項(xiàng)選擇題（本題共30小題，每小題0.5分，共15分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，最常用的模型比例尺是：（）

A.1:10

B.1:20

C.1:30

D.1:50

2.水輪機(jī)效率最高的工況通常出現(xiàn)在：（）

A.水頭較低時(shí)

B.水頭較高時(shí)

C.轉(zhuǎn)速較高時(shí)

D.轉(zhuǎn)速較低時(shí)

3.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，若模型葉片發(fā)生振動(dòng)，最可能的原因是：（）

A.模型轉(zhuǎn)速過高

B.模型葉片設(shè)計(jì)不合理

C.模型軸承故障

D.模型水力負(fù)荷過大

4.數(shù)值模擬分析中，計(jì)算流體力學(xué)（CFD）常用的流體模型是：（）

A.不可壓縮流體模型

B.可壓縮流體模型

C.湍流模型

D.以上都是

5.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量流量最常用的設(shè)備是：（）

A.流量計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

6.水輪機(jī)效率曲線中，效率最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工況是：（）

A.轉(zhuǎn)速最高點(diǎn)

B.轉(zhuǎn)速最低點(diǎn)

C.水頭最高點(diǎn)

D.水頭最低點(diǎn)

7.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水頭損失最常用的設(shè)備是：（）

A.壓差計(jì)

B.流量計(jì)

C.葉片

D.水泵

8.湍流模型中，雷諾平均N-S方程的封閉形式是：（）

A.k-ε模型

B.k-ω模型

C.Spalart-Allmaras模型

D.以上都是

9.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量功率最常用的設(shè)備是：（）

A.功率計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

10.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量轉(zhuǎn)速最常用的設(shè)備是：（）

A.轉(zhuǎn)速計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

11.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量葉片角最常用的設(shè)備是：（）

A.角度計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

12.數(shù)值模擬分析中，用于計(jì)算湍流流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是：（）

A.有限差分法

B.有限元法

C.有限體積法

D.以上都是

13.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水力矩最常用的設(shè)備是：（）

A.力矩儀

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

14.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量葉片間隙最常用的設(shè)備是：（）

A.間隙計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

15.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水頭最常用的設(shè)備是：（）

A.水頭計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

16.數(shù)值模擬分析中，用于處理復(fù)雜邊界條件的數(shù)值方法最常見的是：（）

A.隱式求解

B.顯式求解

C.預(yù)處理方法

D.以上都是

17.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水力效率最常用的設(shè)備是：（）

A.效率計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

18.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水力損失最常用的設(shè)備是：（）

A.損失計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

19.數(shù)值模擬分析中，用于處理邊界層流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是：（）

A.薄層法

B.厚層法

C.嵌入邊界法

D.以上都是

20.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量葉片轉(zhuǎn)速最常用的設(shè)備是：（）

A.轉(zhuǎn)速計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

21.數(shù)值模擬分析中，用于處理旋轉(zhuǎn)機(jī)械流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是：（）

A.旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法

B.非旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法

C.預(yù)處理方法

D.以上都是

22.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水力特性最常用的設(shè)備是：（）

A.特性儀

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

23.數(shù)值模擬分析中，用于處理多相流流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是：（）

A.相分離法

B.相交法

C.相聚法

D.以上都是

24.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水力穩(wěn)定性最常用的設(shè)備是：（）

A.穩(wěn)定性儀

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

25.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水力損失系數(shù)最常用的設(shè)備是：（）

A.損失系數(shù)計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

26.數(shù)值模擬分析中，用于處理邊界層流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是：（）

A.薄層法

B.厚層法

C.嵌入邊界法

D.以上都是

27.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水力效率最常用的設(shè)備是：（）

A.效率計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

28.數(shù)值模擬分析中，用于處理多相流流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是：（）

A.相分離法

B.相交法

C.相聚法

D.以上都是

29.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水力穩(wěn)定性最常用的設(shè)備是：（）

A.穩(wěn)定性儀

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

30.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，用于測量水力損失系數(shù)最常用的設(shè)備是：（）

A.損失系數(shù)計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

二、多選題（本題共20小題，每小題1分，共20分，在每小題給出的選項(xiàng)中，至少有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些因素會(huì)影響模型試驗(yàn)結(jié)果？（）

A.模型比例尺

B.模型材料

C.試驗(yàn)水頭

D.模型轉(zhuǎn)速

2.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些方法可以用于提高計(jì)算精度？（）

A.網(wǎng)格細(xì)化

B.時(shí)間步長減小

C.高精度數(shù)值格式

D.高分辨率湍流模型

3.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些參數(shù)是用于評(píng)估水輪機(jī)性能的關(guān)鍵參數(shù)？（）

A.效率

B.轉(zhuǎn)速

C.流量

D.水頭

4.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些因素可能導(dǎo)致數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符？（）

A.湍流模型的選擇

B.邊界條件設(shè)置

C.網(wǎng)格質(zhì)量

D.計(jì)算機(jī)硬件性能

5.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些設(shè)備是用于測量水力損失的關(guān)鍵設(shè)備？（）

A.壓差計(jì)

B.水頭計(jì)

C.流量計(jì)

D.功率計(jì)

6.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些方法可以用于處理復(fù)雜幾何形狀？（）

A.旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法

B.非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格

C.結(jié)構(gòu)網(wǎng)格

D.粘性網(wǎng)格

7.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些因素會(huì)影響葉片振動(dòng)？（）

A.葉片設(shè)計(jì)

B.轉(zhuǎn)速

C.水力負(fù)荷

D.模型材料

8.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些方法可以用于提高計(jì)算效率？（）

A.降階模型

B.時(shí)間步長增加

C.網(wǎng)格簡化

D.并行計(jì)算

9.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些參數(shù)是用于評(píng)估水輪機(jī)效率的關(guān)鍵參數(shù)？（）

A.轉(zhuǎn)速

B.流量

C.水頭

D.轉(zhuǎn)矩

10.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些方法可以用于處理多相流？（）

A.湍流模型

B.相分離模型

C.湍流-相分離模型

D.多相流模型

11.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些設(shè)備是用于測量葉片間隙的關(guān)鍵設(shè)備？（）

A.間隙計(jì)

B.轉(zhuǎn)輪

C.葉片

D.水泵

12.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些因素會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性？（）

A.湍流模型

B.邊界條件

C.網(wǎng)格質(zhì)量

D.初始條件

13.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些因素會(huì)影響水輪機(jī)效率曲線的形狀？（）

A.水頭

B.轉(zhuǎn)速

C.模型比例尺

D.水力負(fù)荷

14.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些方法可以用于處理旋轉(zhuǎn)機(jī)械？（）

A.旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法

B.非旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法

C.轉(zhuǎn)子網(wǎng)格

D.旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格

15.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些參數(shù)是用于評(píng)估水輪機(jī)穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)？（）

A.水力矩

B.水力效率

C.轉(zhuǎn)速

D.流量

16.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些方法可以用于處理邊界層？（）

A.薄層法

B.厚層法

C.嵌入邊界法

D.邊界層網(wǎng)格

17.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些因素會(huì)影響水輪機(jī)葉片的磨損？（）

A.流速

B.水頭

C.葉片材料

D.水力負(fù)荷

18.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些方法可以用于處理多相流中的相變？（）

A.沸騰模型

B.凝固模型

C.熔化模型

D.汽化模型

19.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，以下哪些參數(shù)是用于評(píng)估水輪機(jī)整體性能的關(guān)鍵參數(shù)？（）

A.效率

B.轉(zhuǎn)速

C.流量

D.水頭

20.水輪機(jī)數(shù)值模擬分析中，以下哪些因素會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的可靠性？（）

A.湍流模型的選擇

B.邊界條件設(shè)置

C.網(wǎng)格質(zhì)量

D.計(jì)算機(jī)硬件性能

三、填空題（本題共25小題，每小題1分，共25分，請(qǐng)將正確答案填到題目空白處）

1.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，常用的模型比例尺為______。

2.水輪機(jī)效率最高的工況通常出現(xiàn)在______。

3.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量流量最常用的設(shè)備是______。

4.數(shù)值模擬分析中，計(jì)算流體力學(xué)常用的流體模型是______。

5.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量水頭損失最常用的設(shè)備是______。

6.水輪機(jī)效率曲線中，效率最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工況是______。

7.湍流模型中，雷諾平均N-S方程的封閉形式是______。

8.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量功率最常用的設(shè)備是______。

9.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量轉(zhuǎn)速最常用的設(shè)備是______。

10.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量葉片角最常用的設(shè)備是______。

11.數(shù)值模擬分析中，計(jì)算湍流流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是______。

12.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量水力矩最常用的設(shè)備是______。

13.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量葉片間隙最常用的設(shè)備是______。

14.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量水頭最常用的設(shè)備是______。

15.數(shù)值模擬分析中，處理復(fù)雜邊界條件的數(shù)值方法最常見的是______。

16.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量水力效率最常用的設(shè)備是______。

17.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量水力損失最常用的設(shè)備是______。

18.數(shù)值模擬分析中，處理邊界層流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是______。

19.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量葉片轉(zhuǎn)速最常用的設(shè)備是______。

20.數(shù)值模擬分析中，處理旋轉(zhuǎn)機(jī)械流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是______。

21.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量水力特性最常用的設(shè)備是______。

22.數(shù)值模擬分析中，處理多相流流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是______。

23.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量水力穩(wěn)定性最常用的設(shè)備是______。

24.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量水力損失系數(shù)最常用的設(shè)備是______。

25.數(shù)值模擬分析中，處理邊界層流動(dòng)的數(shù)值方法最常見的是______。

四、判斷題（本題共20小題，每題0.5分，共10分，正確的請(qǐng)?jiān)诖痤}括號(hào)中畫√，錯(cuò)誤的畫×）

1.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，模型比例尺越大，試驗(yàn)結(jié)果越準(zhǔn)確。（）

2.水輪機(jī)效率曲線的形狀與水頭無關(guān)。（）

3.湍流模型中的k-ε模型是一種完全封閉的模型。（）

4.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，葉片振動(dòng)的主要原因是水力負(fù)荷過大。（）

5.數(shù)值模擬分析中，時(shí)間步長越小，計(jì)算結(jié)果越精確。（）

6.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，水頭損失主要發(fā)生在葉片附近的水流區(qū)域。（）

7.水輪機(jī)效率最高的工況一定對(duì)應(yīng)于最大的流量。（）

8.湍流模型中，k-ω模型適用于所有類型的湍流流動(dòng)。（）

9.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，轉(zhuǎn)速越高，葉片振動(dòng)越小。（）

10.數(shù)值模擬分析中，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法可以提高計(jì)算效率。（）

11.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，水力效率是衡量水輪機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。（）

12.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，葉片間隙的測量對(duì)于優(yōu)化葉片設(shè)計(jì)至關(guān)重要。（）

13.數(shù)值模擬分析中，多相流模型可以處理氣液兩相流動(dòng)問題。（）

14.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，測量水力穩(wěn)定性需要用到穩(wěn)定性儀。（）

15.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，水力損失系數(shù)可以通過測量水頭損失來計(jì)算。（）

16.數(shù)值模擬分析中，薄層法適用于處理邊界層流動(dòng)問題。（）

17.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，葉片材料對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒有影響。（）

18.數(shù)值模擬分析中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械流動(dòng)的處理可以通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法實(shí)現(xiàn)。（）

19.水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，水力效率可以通過測量功率和流量來計(jì)算。（）

20.數(shù)值模擬分析中，多相流模型可以處理固液兩相流動(dòng)問題。（）

五、主觀題（本題共4小題，每題5分，共20分）

1.請(qǐng)簡述水輪機(jī)模型試驗(yàn)的目的及其在水輪機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2.論述數(shù)值模擬分析在水輪機(jī)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢與局限性。

3.分析水輪機(jī)模型試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的誤差來源及其對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

4.結(jié)合實(shí)際案例，說明如何利用數(shù)值模擬分析優(yōu)化水輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)。

六、案例題（本題共2小題，每題5分，共10分）

1.案例題：

某水電站設(shè)計(jì)了一款新型水輪機(jī)，需要進(jìn)行模型試驗(yàn)以驗(yàn)證其性能。已知該水輪機(jī)的模型比例尺為1:30，水頭為10m，試驗(yàn)時(shí)測得轉(zhuǎn)速為300r/min，流量為5m3/s，效率為90%。請(qǐng)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，分析該水輪機(jī)模型試驗(yàn)的主要結(jié)果，并指出可能存在的誤差來源。

2.案例題：

某水輪機(jī)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行數(shù)值模擬分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)葉片區(qū)域的流動(dòng)出現(xiàn)分離現(xiàn)象，導(dǎo)致效率下降。請(qǐng)根據(jù)以下信息，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，并簡述數(shù)值模擬分析在該設(shè)計(jì)過程中的作用。

信息：

-水輪機(jī)型號(hào)：混流式水輪機(jī)

-工作水頭：40m

-設(shè)計(jì)流量：10m3/s

-轉(zhuǎn)速：300r/min

-數(shù)值模擬分析使用的湍流模型：k-ε模型

-模擬過程中發(fā)現(xiàn)的流動(dòng)分離區(qū)域：葉片頂部附近

標(biāo)準(zhǔn)答案

一、單項(xiàng)選擇題

1.B

2.C

3.B

4.D

5.A

6.C

7.A

8.A

9.A

10.A

11.A

12.C

13.A

14.A

15.B

16.D

17.A

18.C

19.A

20.C

21.A

22.D

23.A

24.A

25.B

二、多選題

1.ABCD

2.ABCD

3.ABCD

4.ABCD

5.ABC

6.ABCD

7.ABC

8.ABCD

9.ABCD

10.ABCD

11.ABC

12.ABCD

13.ABCD

14.ABCD

15.ABCD

16.ABC

17.ABC

18.ABCD

19.ABCD

20.ABCD

三、填空題

1.1:20

2.轉(zhuǎn)速較高時(shí)

3.流量計(jì)

4.k-ε模型

5.壓差計(jì)

6.轉(zhuǎn)速最高點(diǎn)

7.k-ε模型

8.功率計(jì)

9.轉(zhuǎn)速計(jì)

10.角度計(jì)

11.有限體積法

12.力矩儀

13.間