水轮机模型试验与数值模拟分析考核试卷

水轮机模型试验与数值模拟分析考核试卷考生姓名：答题日期：得分：判卷人：

本试卷旨在考察考生对水轮机模型试验与数值模拟分析的基本理论、实验技能及综合运用能力。

一、单项选择题（本题共30小题，每小题0.5分，共15分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）

1.水轮机模型试验中，最常用的模型比例尺是：（）

A.1:10

B.1:20

C.1:30

D.1:50

2.水轮机效率最高的工况通常出现在：（）

A.水头较低时

B.水头较高时

C.转速较高时

D.转速较低时

3.水轮机模型试验中，若模型叶片发生振动，最可能的原因是：（）

A.模型转速过高

B.模型叶片设计不合理

C.模型轴承故障

D.模型水力负荷过大

4.数值模拟分析中，计算流体力学（CFD）常用的流体模型是：（）

A.不可压缩流体模型

B.可压缩流体模型

C.湍流模型

D.以上都是

5.水轮机模型试验中，用于测量流量最常用的设备是：（）

A.流量计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

6.水轮机效率曲线中，效率最高点对应的工况是：（）

A.转速最高点

B.转速最低点

C.水头最高点

D.水头最低点

7.水轮机模型试验中，用于测量水头损失最常用的设备是：（）

A.压差计

B.流量计

C.叶片

D.水泵

8.湍流模型中，雷诺平均N-S方程的封闭形式是：（）

A.k-ε模型

B.k-ω模型

C.Spalart-Allmaras模型

D.以上都是

9.水轮机模型试验中，用于测量功率最常用的设备是：（）

A.功率计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

10.水轮机模型试验中，用于测量转速最常用的设备是：（）

A.转速计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

11.水轮机模型试验中，用于测量叶片角最常用的设备是：（）

A.角度计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

12.数值模拟分析中，用于计算湍流流动的数值方法最常见的是：（）

A.有限差分法

B.有限元法

C.有限体积法

D.以上都是

13.水轮机模型试验中，用于测量水力矩最常用的设备是：（）

A.力矩仪

B.转轮

C.叶片

D.水泵

14.水轮机模型试验中，用于测量叶片间隙最常用的设备是：（）

A.间隙计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

15.水轮机模型试验中，用于测量水头最常用的设备是：（）

A.水头计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

16.数值模拟分析中，用于处理复杂边界条件的数值方法最常见的是：（）

A.隐式求解

B.显式求解

C.预处理方法

D.以上都是

17.水轮机模型试验中，用于测量水力效率最常用的设备是：（）

A.效率计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

18.水轮机模型试验中，用于测量水力损失最常用的设备是：（）

A.损失计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

19.数值模拟分析中，用于处理边界层流动的数值方法最常见的是：（）

A.薄层法

B.厚层法

C.嵌入边界法

D.以上都是

20.水轮机模型试验中，用于测量叶片转速最常用的设备是：（）

A.转速计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

21.数值模拟分析中，用于处理旋转机械流动的数值方法最常见的是：（）

A.旋转坐标系法

B.非旋转坐标系法

C.预处理方法

D.以上都是

22.水轮机模型试验中，用于测量水力特性最常用的设备是：（）

A.特性仪

B.转轮

C.叶片

D.水泵

23.数值模拟分析中，用于处理多相流流动的数值方法最常见的是：（）

A.相分离法

B.相交法

C.相聚法

D.以上都是

24.水轮机模型试验中，用于测量水力稳定性最常用的设备是：（）

A.稳定性仪

B.转轮

C.叶片

D.水泵

25.水轮机模型试验中，用于测量水力损失系数最常用的设备是：（）

A.损失系数计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

26.数值模拟分析中，用于处理边界层流动的数值方法最常见的是：（）

A.薄层法

B.厚层法

C.嵌入边界法

D.以上都是

27.水轮机模型试验中，用于测量水力效率最常用的设备是：（）

A.效率计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

28.数值模拟分析中，用于处理多相流流动的数值方法最常见的是：（）

A.相分离法

B.相交法

C.相聚法

D.以上都是

29.水轮机模型试验中，用于测量水力稳定性最常用的设备是：（）

A.稳定性仪

B.转轮

C.叶片

D.水泵

30.水轮机模型试验中，用于测量水力损失系数最常用的设备是：（）

A.损失系数计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

二、多选题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的选项中，至少有一项是符合题目要求的）

1.水轮机模型试验中，以下哪些因素会影响模型试验结果？（）

A.模型比例尺

B.模型材料

C.试验水头

D.模型转速

2.水轮机数值模拟分析中，以下哪些方法可以用于提高计算精度？（）

A.网格细化

B.时间步长减小

C.高精度数值格式

D.高分辨率湍流模型

3.水轮机模型试验中，以下哪些参数是用于评估水轮机性能的关键参数？（）

A.效率

B.转速

C.流量

D.水头

4.水轮机数值模拟分析中，以下哪些因素可能导致数值模拟结果与实验结果不符？（）

A.湍流模型的选择

B.边界条件设置

C.网格质量

D.计算机硬件性能

5.水轮机模型试验中，以下哪些设备是用于测量水力损失的关键设备？（）

A.压差计

B.水头计

C.流量计

D.功率计

6.水轮机数值模拟分析中，以下哪些方法可以用于处理复杂几何形状？（）

A.旋转坐标系法

B.非结构网格

C.结构网格

D.粘性网格

7.水轮机模型试验中，以下哪些因素会影响叶片振动？（）

A.叶片设计

B.转速

C.水力负荷

D.模型材料

8.水轮机数值模拟分析中，以下哪些方法可以用于提高计算效率？（）

A.降阶模型

B.时间步长增加

C.网格简化

D.并行计算

9.水轮机模型试验中，以下哪些参数是用于评估水轮机效率的关键参数？（）

A.转速

B.流量

C.水头

D.转矩

10.水轮机数值模拟分析中，以下哪些方法可以用于处理多相流？（）

A.湍流模型

B.相分离模型

C.湍流-相分离模型

D.多相流模型

11.水轮机模型试验中，以下哪些设备是用于测量叶片间隙的关键设备？（）

A.间隙计

B.转轮

C.叶片

D.水泵

12.水轮机数值模拟分析中，以下哪些因素会影响计算结果的稳定性？（）

A.湍流模型

B.边界条件

C.网格质量

D.初始条件

13.水轮机模型试验中，以下哪些因素会影响水轮机效率曲线的形状？（）

A.水头

B.转速

C.模型比例尺

D.水力负荷

14.水轮机数值模拟分析中，以下哪些方法可以用于处理旋转机械？（）

A.旋转坐标系法

B.非旋转坐标系法

C.转子网格

D.旋转网格

15.水轮机模型试验中，以下哪些参数是用于评估水轮机稳定性的关键参数？（）

A.水力矩

B.水力效率

C.转速

D.流量

16.水轮机数值模拟分析中，以下哪些方法可以用于处理边界层？（）

A.薄层法

B.厚层法

C.嵌入边界法

D.边界层网格

17.水轮机模型试验中，以下哪些因素会影响水轮机叶片的磨损？（）

A.流速

B.水头

C.叶片材料

D.水力负荷

18.水轮机数值模拟分析中，以下哪些方法可以用于处理多相流中的相变？（）

A.沸腾模型

B.凝固模型

C.熔化模型

D.汽化模型

19.水轮机模型试验中，以下哪些参数是用于评估水轮机整体性能的关键参数？（）

A.效率

B.转速

C.流量

D.水头

20.水轮机数值模拟分析中，以下哪些因素会影响计算结果的可靠性？（）

A.湍流模型的选择

B.边界条件设置

C.网格质量

D.计算机硬件性能

三、填空题（本题共25小题，每小题1分，共25分，请将正确答案填到题目空白处）

1.水轮机模型试验中，常用的模型比例尺为______。

2.水轮机效率最高的工况通常出现在______。

3.水轮机模型试验中，测量流量最常用的设备是______。

4.数值模拟分析中，计算流体力学常用的流体模型是______。

5.水轮机模型试验中，测量水头损失最常用的设备是______。

6.水轮机效率曲线中，效率最高点对应的工况是______。

7.湍流模型中，雷诺平均N-S方程的封闭形式是______。

8.水轮机模型试验中，测量功率最常用的设备是______。

9.水轮机模型试验中，测量转速最常用的设备是______。

10.水轮机模型试验中，测量叶片角最常用的设备是______。

11.数值模拟分析中，计算湍流流动的数值方法最常见的是______。

12.水轮机模型试验中，测量水力矩最常用的设备是______。

13.水轮机模型试验中，测量叶片间隙最常用的设备是______。

14.水轮机模型试验中，测量水头最常用的设备是______。

15.数值模拟分析中，处理复杂边界条件的数值方法最常见的是______。

16.水轮机模型试验中，测量水力效率最常用的设备是______。

17.水轮机模型试验中，测量水力损失最常用的设备是______。

18.数值模拟分析中，处理边界层流动的数值方法最常见的是______。

19.水轮机模型试验中，测量叶片转速最常用的设备是______。

20.数值模拟分析中，处理旋转机械流动的数值方法最常见的是______。

21.水轮机模型试验中，测量水力特性最常用的设备是______。

22.数值模拟分析中，处理多相流流动的数值方法最常见的是______。

23.水轮机模型试验中，测量水力稳定性最常用的设备是______。

24.水轮机模型试验中，测量水力损失系数最常用的设备是______。

25.数值模拟分析中，处理边界层流动的数值方法最常见的是______。

四、判断题（本题共20小题，每题0.5分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）

1.水轮机模型试验中，模型比例尺越大，试验结果越准确。（）

2.水轮机效率曲线的形状与水头无关。（）

3.湍流模型中的k-ε模型是一种完全封闭的模型。（）

4.水轮机模型试验中，叶片振动的主要原因是水力负荷过大。（）

5.数值模拟分析中，时间步长越小，计算结果越精确。（）

6.水轮机模型试验中，水头损失主要发生在叶片附近的水流区域。（）

7.水轮机效率最高的工况一定对应于最大的流量。（）

8.湍流模型中，k-ω模型适用于所有类型的湍流流动。（）

9.水轮机模型试验中，转速越高，叶片振动越小。（）

10.数值模拟分析中，旋转坐标系法可以提高计算效率。（）

11.水轮机模型试验中，水力效率是衡量水轮机性能的关键指标之一。（）

12.水轮机模型试验中，叶片间隙的测量对于优化叶片设计至关重要。（）

13.数值模拟分析中，多相流模型可以处理气液两相流动问题。（）

14.水轮机模型试验中，测量水力稳定性需要用到稳定性仪。（）

15.水轮机模型试验中，水力损失系数可以通过测量水头损失来计算。（）

16.数值模拟分析中，薄层法适用于处理边界层流动问题。（）

17.水轮机模型试验中，叶片材料对试验结果没有影响。（）

18.数值模拟分析中，旋转机械流动的处理可以通过旋转坐标系法实现。（）

19.水轮机模型试验中，水力效率可以通过测量功率和流量来计算。（）

20.数值模拟分析中，多相流模型可以处理固液两相流动问题。（）

五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）

1.请简述水轮机模型试验的目的及其在水轮机设计中的应用。

2.论述数值模拟分析在水轮机设计中的优势与局限性。

3.分析水轮机模型试验中可能出现的误差来源及其对试验结果的影响。

4.结合实际案例，说明如何利用数值模拟分析优化水轮机叶片设计。

六、案例题（本题共2小题，每题5分，共10分）

1.案例题：

某水电站设计了一款新型水轮机，需要进行模型试验以验证其性能。已知该水轮机的模型比例尺为1:30，水头为10m，试验时测得转速为300r/min，流量为5m³/s，效率为90%。请根据以上数据，分析该水轮机模型试验的主要结果，并指出可能存在的误差来源。

2.案例题：

某水轮机设计团队在进行数值模拟分析时，发现水轮机叶片区域的流动出现分离现象，导致效率下降。请根据以下信息，提出改进设计方案，并简述数值模拟分析在该设计过程中的作用。

信息：

-水轮机型号：混流式水轮机

-工作水头：40m

-设计流量：10m³/s

-转速：300r/min

-数值模拟分析使用的湍流模型：k-ε模型

-模拟过程中发现的流动分离区域：叶片顶部附近

标准答案

一、单项选择题

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、多选题

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、填空题

1.1:20

2.转速较高时

3.流量计

4.k-ε模型

5.压差计

6.转速最高点

7.k-ε模型

8.功率计

9.转速计

10.角度计

11.有限体积法

12.力矩仪

13.间