虚拟仿真实验教学平台

实验介绍

通过水电站认知与水轮机选型实验、压力管道水力瞬态计算实验、调压室设计实验三个实验递进式训练，学生应达成以下知识、能力和素养目标，共同支撑课程“工程技术+思政育人”的双核目标。

（1）知识目标，通过这三个实验，学生能够系统掌握水电站水力系统设计所需的理论知识，从电站整体布局认知到关键设备选型，从动态安全分析到水力稳定设计，形成完整的知识链条，为工程实践能力的培养提供坚实的理论支撑。三个实验的具体知识目标见表3-2-1。

（2）能力目标，以项目化任务为驱动，学生能够按照真实工程项目的工作流程，完成“资料分析-方案设计-仿真验证-方案优化-成果提交”的全过程训练，形成规范的设计报告，能够独立完成中低水头水电站水力系统的初步设计，学生具备解决实际复杂工程问题的综合能力。三个实验的具体能力目标见表3-2-1。

（3）素养目标，实验全程贯穿“安全第一、科学求实”的工程伦理意识，培养严谨求实、精益求精的工匠精神；在参数迭代优化与设计决策中，深刻理解设计参数与工程安全的因果关系，强化遵守行业规范与职业底线的责任意识；通过项目化任务与团队协作，锻炼系统性思维、综合决策能力及对人民生命财产安全负责的使命担当。三个实验的具体素养目标见表3-2-1。

表3-2-1  实验教学目标

实验名称实验教学目标
实验一：水电站认知与水轮机选型知识目标能够阐述水电站主要建筑物的布置形式与功能定位，区分混流式、轴流式、灯泡贯流式和水斗式四种典型水轮机的结构特点；能够解释水轮机选型的基本原理，为后续设计奠定理论基础。
能力目标能够选择并应用水轮机选型理论与方法，根据实验工程资料正确选择水轮机型号，计算水轮机主要参数，通过运转特性曲线验证选型合理性，确定水轮机选型方案。
素养目标通过对真实水电站整体布局及水轮机结构的系统认知与虚拟拆装，树立“严谨求实、精益求精”的工匠精神；理解水轮机选型对电站发电效益与投资成本的重要影响，初步形成经济性与安全性并重的工程价值观。
实验二：压力管道水力瞬态计算知识目标说明水击压力的形成机理、沿管道分布规律及调节保证计算方法；能够分析不同导叶关闭时间对压力上升率和转速上升率的影响，理解设计参数与工程安全的因果关系。
能力目标能够分析甩负荷工况下压力管道的水击压力变化规律，计算最大压力上升率与转速上升率，判断设计是否满足现行规范要求；能够通过调整导叶关闭时间进行迭代优化，形成满足安全标准的最优方案。
素养目标通过水击压力分析和调节保证计算中的参数迭代优化，内化“安全第一、预防为主”的工程伦理意识；养成科学求实、一丝不苟的工作态度，强化严格遵守行业规范与职业底线的责任意识。
实验三：调压室设计知识目标能够描述简单式、阻抗式和差动式三种调压室的水力特性及托马稳定断面的物理意义；概括水位波动过程的分析指标及动态稳定性判断依据。
能力目标能够根据实验工程资料计算托马稳定断面；通过水位波动仿真，判断调压室动态稳定性；能够通过参数调整进行迭代优化，形成调压室波动稳定最优方案；能够比较不同调压室类型水力特性，选择适用调压室类型。
素养目标通过调压室稳定性仿真与反复优化，培养系统性工程思维和综合决策能力；在项目化任务驱动下，养成团队协作、主动反思的职业素养，树立“对人民生命财产安全负责”的使命担当。