水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)與水力性能優(yōu)化考核試卷考生姓名：答題日期：得分：判卷人：

本次考核旨在檢驗(yàn)考生對(duì)水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)原理、水力性能優(yōu)化方法的理解和掌握程度，以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用能力。通過考核，評(píng)估考生是否能夠根據(jù)給定條件，設(shè)計(jì)合理的水輪機(jī)尾水管，并對(duì)其進(jìn)行水力性能優(yōu)化。

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)尾水管的主要作用是（）。

A.傳遞水輪機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力

B.減少尾水損失

C.防止水流沖擊

D.以上都是

2.尾水管中發(fā)生渦流的臨界流速大約是（）。

A.5m/s

B.10m/s

C.15m/s

D.20m/s

3.尾水管進(jìn)口斷面流速分布不均勻時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致（）。

A.壓力損失增加

B.尾水管振動(dòng)

C.水力效率降低

D.以上都是

4.尾水管出口處的最小直徑應(yīng)該大于（）。

A.尾水管進(jìn)口直徑

B.尾水管進(jìn)口直徑的一半

C.尾水管進(jìn)口直徑的三分之二

D.尾水管進(jìn)口直徑的兩倍

5.尾水管中的壓力脈動(dòng)主要是由（）引起的。

A.水流的脈動(dòng)

B.尾水管結(jié)構(gòu)振動(dòng)

C.水輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化

D.以上都是

6.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用的流速范圍是（）。

A.2-5m/s

B.5-10m/s

C.10-15m/s

D.15-20m/s

7.尾水管的水頭損失主要由（）組成。

A.層流摩擦損失

B.渦流損失

C.旋渦損失

D.以上都是

8.尾水管設(shè)計(jì)中，通常采用（）來減少壓力脈動(dòng)。

A.管道壁厚增加

B.管道直徑增大

C.設(shè)置回流孔

D.以上都是

9.水輪機(jī)尾水管的水頭損失與流速的（）次方成正比。

A.1

B.2

C.3

D.4

10.尾水管中的水力損失，當(dāng)雷諾數(shù)小于2000時(shí)，屬于（）。

A.層流

B.轉(zhuǎn)換流

C.湍流

D.以上都不是

11.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使（）均勻分布。

A.水流速度

B.水流壓力

C.水流溫度

D.水流密度

12.尾水管設(shè)計(jì)中的回流孔主要作用是（）。

A.減少水頭損失

B.抑制壓力脈動(dòng)

C.提高水輪機(jī)效率

D.以上都是

13.水輪機(jī)尾水管中的壓力脈動(dòng)，當(dāng)頻率與水輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近時(shí)，會(huì)導(dǎo)致（）。

A.尾水管振動(dòng)

B.水輪機(jī)振動(dòng)

C.發(fā)電機(jī)振動(dòng)

D.以上都是

14.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用的流速范圍是（）。

A.2-5m/s

B.5-10m/s

C.10-15m/s

D.15-20m/s

15.尾水管的水頭損失主要由（）組成。

A.層流摩擦損失

B.渦流損失

C.旋渦損失

D.以上都是

16.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用的流速范圍是（）。

A.2-5m/s

B.5-10m/s

C.10-15m/s

D.15-20m/s

17.尾水管中的水頭損失，當(dāng)雷諾數(shù)小于2000時(shí)，屬于（）。

A.層流

B.轉(zhuǎn)換流

C.湍流

D.以上都不是

18.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使（）均勻分布。

A.水流速度

B.水流壓力

C.水流溫度

D.水流密度

19.尾水管設(shè)計(jì)中的回流孔主要作用是（）。

A.減少水頭損失

B.抑制壓力脈動(dòng)

C.提高水輪機(jī)效率

D.以上都是

20.水輪機(jī)尾水管中的壓力脈動(dòng)，當(dāng)頻率與水輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近時(shí)，會(huì)導(dǎo)致（）。

A.尾水管振動(dòng)

B.水輪機(jī)振動(dòng)

C.發(fā)電機(jī)振動(dòng)

D.以上都是

21.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使（）均勻分布。

A.水流速度

B.水流壓力

C.水流溫度

D.水流密度

22.尾水管設(shè)計(jì)中的回流孔主要作用是（）。

A.減少水頭損失

B.抑制壓力脈動(dòng)

C.提高水輪機(jī)效率

D.以上都是

23.水輪機(jī)尾水管中的壓力脈動(dòng)，當(dāng)頻率與水輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近時(shí)，會(huì)導(dǎo)致（）。

A.尾水管振動(dòng)

B.水輪機(jī)振動(dòng)

C.發(fā)電機(jī)振動(dòng)

D.以上都是

24.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使（）均勻分布。

A.水流速度

B.水流壓力

C.水流溫度

D.水流密度

25.尾水管設(shè)計(jì)中的回流孔主要作用是（）。

A.減少水頭損失

B.抑制壓力脈動(dòng)

C.提高水輪機(jī)效率

D.以上都是

26.水輪機(jī)尾水管中的壓力脈動(dòng)，當(dāng)頻率與水輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近時(shí)，會(huì)導(dǎo)致（）。

A.尾水管振動(dòng)

B.水輪機(jī)振動(dòng)

C.發(fā)電機(jī)振動(dòng)

D.以上都是

27.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使（）均勻分布。

A.水流速度

B.水流壓力

C.水流溫度

D.水流密度

28.尾水管設(shè)計(jì)中的回流孔主要作用是（）。

A.減少水頭損失

B.抑制壓力脈動(dòng)

C.提高水輪機(jī)效率

D.以上都是

29.水輪機(jī)尾水管中的壓力脈動(dòng)，當(dāng)頻率與水輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近時(shí)，會(huì)導(dǎo)致（）。

A.尾水管振動(dòng)

B.水輪機(jī)振動(dòng)

C.發(fā)電機(jī)振動(dòng)

D.以上都是

30.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使（）均勻分布。

A.水流速度

B.水流壓力

C.水流溫度

D.水流密度

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)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素包括（）。

A.水流速度

B.尾水管直徑

C.水頭損失

D.壓力脈動(dòng)

E.尾水管材料

2.尾水管中的渦流可能會(huì)引起（）。

A.水輪機(jī)效率下降

B.尾水管振動(dòng)

C.水輪機(jī)振動(dòng)

D.水流溫度升高

E.尾水管磨損

3.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)中，常用的優(yōu)化措施有（）。

A.增加尾水管直徑

B.設(shè)置回流孔

C.采用扭曲進(jìn)口

D.使用導(dǎo)葉

E.減小尾水管長(zhǎng)度

4.尾水管中的壓力脈動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致（）。

A.尾水管結(jié)構(gòu)損壞

B.水輪機(jī)葉片疲勞

C.發(fā)電機(jī)輸出功率波動(dòng)

D.水輪機(jī)效率下降

E.水輪機(jī)振動(dòng)

5.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，影響壓力脈動(dòng)的因素有（）。

A.水輪機(jī)轉(zhuǎn)速

B.水流速度

C.尾水管形狀

D.水輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)

E.尾水管材料

6.尾水管中的水頭損失主要取決于（）。

A.水流速度

B.尾水管直徑

C.水流密度

D.水頭損失系數(shù)

E.水輪機(jī)類型

7.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)包括（）。

A.尾水管進(jìn)口直徑

B.尾水管出口直徑

C.尾水管長(zhǎng)度

D.尾水管壁厚

E.尾水管材料

8.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少壓力脈動(dòng)，可以采取的措施有（）。

A.增加尾水管直徑

B.設(shè)置回流孔

C.采用扭曲進(jìn)口

D.使用導(dǎo)葉

E.減小尾水管長(zhǎng)度

9.水輪機(jī)尾水管中的水流特性包括（）。

A.層流

B.湍流

C.渦流

D.旋渦

E.均勻流

10.尾水管設(shè)計(jì)中，影響水頭損失的參數(shù)有（）。

A.水流速度

B.尾水管直徑

C.水流密度

D.水頭損失系數(shù)

E.水輪機(jī)效率

11.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，常用的優(yōu)化方法有（）。

A.數(shù)值模擬

B.水力試驗(yàn)

C.經(jīng)驗(yàn)公式

D.理論計(jì)算

E.優(yōu)化算法

12.尾水管進(jìn)口形狀設(shè)計(jì)對(duì)水力性能的影響包括（）。

A.水流分布

B.壓力脈動(dòng)

C.水頭損失

D.水輪機(jī)效率

E.尾水管直徑

13.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)中，影響水流特性的因素有（）。

A.水流速度

B.尾水管直徑

C.水輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)

D.水流密度

E.水頭損失系數(shù)

14.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高水輪機(jī)效率，可以采取的措施有（）。

A.增加尾水管直徑

B.設(shè)置回流孔

C.采用扭曲進(jìn)口

D.使用導(dǎo)葉

E.減小尾水管長(zhǎng)度

15.水輪機(jī)尾水管中的壓力脈動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響包括（）。

A.尾水管結(jié)構(gòu)損壞

B.水輪機(jī)葉片疲勞

C.發(fā)電機(jī)輸出功率波動(dòng)

D.水輪機(jī)效率下降

E.水流溫度升高

16.尾水管設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)水力性能的影響包括（）。

A.尾水管進(jìn)口直徑

B.尾水管出口直徑

C.尾水管長(zhǎng)度

D.尾水管壁厚

E.尾水管材料

17.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，常用的優(yōu)化手段有（）。

A.數(shù)值模擬

B.水力試驗(yàn)

C.經(jīng)驗(yàn)公式

D.理論計(jì)算

E.優(yōu)化算法

18.尾水管進(jìn)口形狀對(duì)水力性能的影響包括（）。

A.水流分布

B.壓力脈動(dòng)

C.水頭損失

D.水輪機(jī)效率

E.尾水管直徑

19.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，影響水流特性的因素有（）。

A.水流速度

B.尾水管直徑

C.水輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)

D.水流密度

E.水頭損失系數(shù)

20.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高水輪機(jī)效率，可以采取的措施有（）。

A.增加尾水管直徑

B.設(shè)置回流孔

C.采用扭曲進(jìn)口

D.使用導(dǎo)葉

E.減小尾水管長(zhǎng)度

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)尾水管的設(shè)計(jì)主要目的是減少______損失和______脈動(dòng)。

2.尾水管進(jìn)口處的流速分布不均勻會(huì)導(dǎo)致______損失增加和______脈動(dòng)。

3.尾水管出口處的最小直徑一般應(yīng)大于進(jìn)口直徑的______倍。

4.水輪機(jī)尾水管中的渦流臨界流速大約為______m/s。

5.尾水管的水頭損失主要由______損失和______損失組成。

6.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用的流速范圍是______m/s。

7.尾水管中的壓力脈動(dòng)主要是由______引起的。

8.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)中的回流孔主要作用是______。

9.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使______均勻分布。

10.水輪機(jī)尾水管中的水力損失與流速的______次方成正比。

11.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮的因素包括______和______。

12.尾水管設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)有______和______。

13.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少壓力脈動(dòng)，可以采取的措施有______和______。

14.水輪機(jī)尾水管中的壓力脈動(dòng)，當(dāng)頻率與水輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近時(shí)，會(huì)導(dǎo)致______。

15.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，常用的優(yōu)化方法有______和______。

16.尾水管進(jìn)口形狀設(shè)計(jì)對(duì)水力性能的影響包括______和______。

17.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，影響水流特性的因素有______和______。

18.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高水輪機(jī)效率，可以采取的措施有______和______。

19.水輪機(jī)尾水管中的水頭損失主要取決于______和______。

20.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)水力性能的影響包括______和______。

21.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，常用的優(yōu)化手段有______和______。

22.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少水頭損失，可以采取的措施有______和______。

23.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使______均勻分布，以提高水輪機(jī)效率。

24.水輪機(jī)尾水管中的渦流可能會(huì)導(dǎo)致______和______。

25.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高水輪機(jī)效率，可以采取的措施有______和______。

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)尾水管的設(shè)計(jì)只關(guān)注水頭損失，而忽略壓力脈動(dòng)。（）

2.尾水管進(jìn)口直徑越大，水流速度分布越均勻。（）

3.水輪機(jī)尾水管中的渦流不會(huì)對(duì)水輪機(jī)效率產(chǎn)生影響。（）

4.尾水管出口處的壓力脈動(dòng)是正常現(xiàn)象，無需優(yōu)化。（）

5.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，回流孔的設(shè)置可以增加水頭損失。（）

6.尾水管中的壓力脈動(dòng)只會(huì)導(dǎo)致尾水管振動(dòng)。（）

7.水輪機(jī)尾水管的設(shè)計(jì)對(duì)水輪機(jī)效率沒有影響。（）

8.水輪機(jī)尾水管的設(shè)計(jì)主要目的是減小水頭損失，增加壓力脈動(dòng)。（）

9.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小尾水管直徑以減少水頭損失。（）

10.水輪機(jī)尾水管中的渦流可以通過增加尾水管直徑來消除。（）

11.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，回流孔的設(shè)置可以減少壓力脈動(dòng)。（）

12.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)口流速分布不均勻不會(huì)影響水輪機(jī)效率。（）

13.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小尾水管長(zhǎng)度以減少壓力脈動(dòng)。（）

14.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)口直徑應(yīng)小于出口直徑。（）

15.水輪機(jī)尾水管中的壓力脈動(dòng)可以通過調(diào)整水輪機(jī)轉(zhuǎn)速來控制。（）

16.水輪機(jī)尾水管的設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出功率沒有影響。（）

17.尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小尾水管壁厚以降低成本。（）

18.水輪機(jī)尾水管中的渦流可以通過優(yōu)化進(jìn)口形狀來減少。（）

19.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，回流孔的位置對(duì)水力性能沒有影響。（）

20.水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)時(shí)，尾水管直徑的確定主要取決于水輪機(jī)類型。（）

五、主觀題（本題共4小題，每題5分，共20分）

1.請(qǐng)簡(jiǎn)要闡述水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)中，如何通過優(yōu)化進(jìn)口形狀來減少水力損失和壓力脈動(dòng)。

2.結(jié)合實(shí)際工程案例，分析水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)中，回流孔設(shè)置對(duì)水力性能的影響。

3.請(qǐng)說明在水輪機(jī)尾水管設(shè)計(jì)中，如何利用數(shù)值模擬方法來預(yù)測(cè)和優(yōu)化水力性能。

4.針對(duì)水輪機(jī)尾水管中的渦流問題，提出兩種有效的控制方法，并簡(jiǎn)要說明其原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

六、案例題（本題共2小題，每題5分，共10分）

1.案例題：

某水電站采用混流式水輪機(jī)，設(shè)計(jì)流量為Q=50m3/s，額定水頭為H=200m?，F(xiàn)有尾水管設(shè)計(jì)參數(shù)如下：進(jìn)口直徑D1=3m，出口直徑D2=2.5m，長(zhǎng)度L=10m。請(qǐng)根據(jù)以下要求進(jìn)行案例分析：

（1）計(jì)算尾水管進(jìn)口和出口的水流速度。

（2）估算尾水管中的水頭損失。

（3）分析尾水管設(shè)計(jì)中的潛在問題，并提出優(yōu)化建議。

2.案例題：

某水電站尾水管在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)存在壓力脈動(dòng)問題，最大脈動(dòng)壓力達(dá)到0.5MPa，對(duì)水輪機(jī)設(shè)備造成一定影響。已知水輪機(jī)額定流量為Q=60m3/s，額定水頭為H=150m，尾水管進(jìn)口直徑D1=4m，出口直徑D2=3m。請(qǐng)根據(jù)以下要求進(jìn)行案例分析：

（1）分析壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的原因。

（2）提出減少壓力脈動(dòng)的措施，并估算優(yōu)化后的效果。

標(biāo)準(zhǔn)答案

一、單項(xiàng)選擇題

1.D

2.B

3.D

4.D

5.D

6.B

7.D

8.C

9.B

10.A

11.A

12.B

13.D

14.B

15.D

16.B

17.A

18.A

19.D

20.D

21.A

22.B

23.D

24.A

25.D

26.B

27.C

28.B

29.D

30.A

二、多選題

1.A,B,C,D,E

2.A,B,C,E

3.A,B,C,D

4.A,B,D,E

5.A,B,C,D

6.A,B,D,E

7.A,B,C,D,E

8.A,B,C,D

9.A,B,C,D

10.A,B,C,D

11.A,B,C,D,E

12.A,B,C,D

13.A,B,C,D

14.A,B,C,D

15.A,B,C,D,E

16.A,B,C,D,E

17.A,B,C,D

18.A,B,C,D

19.A,B,C,D

20.A,B,C,D

三、填空題

1.尾水損失，壓力脈動(dòng)

2.壓力，水輪機(jī)振動(dòng)

3.兩

4.10

5.層流摩擦，渦流

6.5-10

7.水流的脈動(dòng)，尾水管結(jié)構(gòu)振動(dòng)，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化

8.抑制壓力脈動(dòng)

9.水流速度

10.2

11.水流速度，尾水管直徑

12.尾水管進(jìn)口直徑，尾水管出口直徑

13.增加尾水管直徑，設(shè)置回流孔

14.尾水管振動(dòng)，水輪機(jī)振動(dòng)，發(fā)電機(jī)振動(dòng)

15.數(shù)值模擬，水力試驗(yàn)

16.水流分布，壓力脈動(dòng)

17.水流速度，尾水管直徑