河床式水电站流道水体附加质量计算方法研究.docx

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水利水电技术第43卷2012年第3期

河床式水电站流道水体附加质量计算方法研究

徐国宾，张婷婷，王海军1,乔海娟2

(1.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072;

2.亚太地区小水电研究培训中心，浙江杭州310012)

摘要：分别用附加质量法和流体单元法对某水电站厂房结构进行有限元数值模拟，对模型进行模态计算，以流体单元法得出的计算结果为依据，将进水塔附加质量公式不断修正后计算模态，直到两种方法所得频率值相差不多且振型相同时为止。结果表明，水塔附加质量公式乘以0.1～0.2的修正系数可适用于河床贯流式水电站的流道层。

关键词：河床式水电站；流体单元；附加质量；流道；模态

中图分类号：TV135文献标识码：A文章编号：1000-0860(2012)03-0019-05

Studyonmethodofcalculationonadditionalmassofwaterinflow-channelofhydropowerstationinriverchannel

XUGuobin1,ZHANGTintin1,WANGHaijun1,QIAOHaijuan2

(1.StateKeyLaboratoryofHydraulicEngineeringSimulationandSafety,TianjinUniversity,Tianjin300072,China;

2.HangzhouRegionalCentre(Acia-Pacific)forSmallHydroPower,Hangzhou310012,Zhejiang,China)

Abstract:Finiteelementnumericalsimulationonthestructureofthepowerhouseofahydropowerstationandthemodalcalcula-tionontherelevantmodelarerespectivelymadewiththeadditionalmassmethodandfluidelementmethod.Basedontheresultfromthecaleulationmadewiththefluidelementmethod,themodaliscalculatedalongwiththecontinuousreviseoftheadditionalmassformulaforintaketoweruntilnomuchdifferencebetweenthefrequencieswithsamevibrationpatternsgotfromthecalcula-tionsbyboththemethods.Theresultshowsthatifmultipliedbyacorectioncoefficient0.1~0.2,theadditionalmassfomulafor

intaketowercanbeapplicabletothecalculationofflow-channelofhydropowerstationinriverchannelKeywords:hydropowerstationinriverchannel;fluidelement;additionalmass;flowchannel;modal

附加质量法[1和流体单元法是有限元法求解流固耦合问题的两种重要方法。流体单元法能够更真实地反映流体和结构的相互作用，附加质量法虽然不能全面反映原问题的真实形态，但是由于其在很多现有的有限元软件(如ANSYS、ADINA、ABAQUS等)中实现起来比较方便，因此在工程计算中得到广泛应

用。

水利工程中的流固耦合问题(除渗流问题外)仅仅发生在两相作用面上，本文所研究的流固耦合问题属于发生在两相作用面上的具有流体有限位移的长期问题[2]。根据Westergaard附加质量公

式和多年实践经验，水利工作者得出了直墙或规则箱型结构的附