苗 洲，柯 啸，牛 闻

(1.陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710010；2.陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西 西安 710010)

0 引言

引汉济渭工程又称陕西南水北调工程，2014年底批复进入筹建，用以满足西安、咸阳、宝鸡、渭南4重点城市及沿渭河两岸的11个县城和6个工业园的调输配水工程。引汉济渭工程地跨黄河、长江两大流域，横穿秦岭屏障。项目分为调水工程和输配水工程，三河口水利枢纽就是调水工程中的调蓄中枢，为碾压混凝土双曲拱坝，最大坝高145 m，总库容7.1亿m3。坝后泵站总装机功率2.7万kW·h，设计扬程97.7 m。电站总装机容量4.5万kW·h，多年平均发电量1.02亿kW·h。本文所研究的闸门就是三河口水利枢纽的泄洪底孔事故闸门，试从有限元角度，分工况对此闸门进行数值分析。

1 数值模型

闸门结构按空间体系考虑，采用有限元分析，系统经离散后其运动可用如下线性常系数矩阵微分方程表示[1]：

(1)

在静载的结构计算中，与时间t的相关量都被忽略，于是(1)式简化为：

[Ks]{δ}={F}

(2)

1.1 计算附加质量

不可压缩流体产生的附加质量矩阵体现了作用在可变形结构界面上加速度和压力的全部耦合作用[2]。

对于理想不可压缩流体，动水压力和速度势之间满足线性化后的拉格朗日积分，用矩阵形式表示，则有：

(3)

(4)

联立式(3)、(4)可以得到动水压力与扰动加速度的关系：

(5)

其中[Mf]为附加质量矩阵，即为流体对结构产生的附加质量，表明闸门在水中振动时，结构与水体产生了“惯性耦合”：

[Mf]=[Γ][X]-1

(6)

则结构振动方程变为：

(7)

1.2 湍流模型

对于流体计算域，采用k-ε湍流模型[3]进行计算，k-ε湍流模型为较为常用的湍流模型，精确度也比较高。……