27_5kVGIS母线室三维温度场的数值计算_张俊民

GIS长母线基于温度场的应力仿真浅析作者：刘春梅李阳张亚东殷东洋来源：《科技视界》2019年第18期【摘要】由于导体温升和环境温度变化等因素，GIS长母线壳体产生热伸缩。

在高海拔大温差地区，GIS长母线本身结构难以补偿由于温度变化引起的筒体变形，从而在筒体某些部位产生裂纹或开裂。

针对以上问题，本文通过温度场仿真计算，得出由于温度场变化产生的应力变化，为GIS母线波纹管的配置和结构设计提供仿真分析支撑。

【关键词】GIS长母线;波纹管;温度;应力;仿真分析中图分类号： TM934.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）18-0054-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.18.0270 引言GIS长母线在运行中受到环境温度的变化，母线筒体及筒体的固定支撑处要承受温度变化产生热应变和应力，由于固定支撑开裂可能会导致GIS气体泄漏等危险，为变电站带来了安全隐患[1-3]。

由于材料的热胀冷缩效应，当环境温度降至最低时，GIS长母线尺寸会缩小到最小，当环境温度升高最高温度时，GIS长母线尺寸会膨胀到最大。

以青海地区为例，变电站最高年温度为38℃;最低年温度为-32℃。

本文通过对110kV GIS长母线进行电磁场和流场计算，以获得额定容量下母线的温升。

母线温升和最高环境温度叠加作为热变形计算的最高温度，由于GIS母线安装温度不定，本文取-32℃作为计算的最低温度。

1 电热偶合仿真发热主要涉及到主回路电阻损耗、筒体涡流损耗、集肤效应和导体的电阻温度系数等[4-5]。

由于几何形状复杂，解析公式难以直接计算导体发热功率，本文采用ANSOFT MAXWELL軟件的传导场模块计算导体的发热，集肤效应、涡流损耗等因素通过等效电阻率的方法予以考虑。

导体内部通50Hz交流电时，编号为k的导体单元内部任一点P处的传导电流密度如式（1）所示。

式（1）中，Jm为P点的电流密度峰值;t为时间。

永磁电机三维温度场计算与分析杨明国;张松【摘要】本文以某型永磁电机为例，建立永磁电机的三维周期对称模型，采用有限体积法，对其在额定功率下的温度场进行了计算。

通过温度场数值计算结果与实测数据对比，验证了所建模型的合理性，为该种永磁电机发热的仿真计算提供了参考依据。

%Based on one permanent magnet motor, a 3D, periodical and symmetrical model is established, where the temperature field under rated power using the FVM (finite volume method) is calculated. By comparison the numerical s,imulation with measurement results, it proves that the established temperature flied model is reasonable, which is a good reference to the temperature field calculation this kind motor【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2012(032)012【总页数】4页(P8-10,14)【关键词】永磁电机;温度场;流体场;CHT【作者】杨明国;张松【作者单位】海军驻七一二研究所军代室,武汉460064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言温升是考核永磁电机的一个重要指标[1]。

永磁电机结构复杂，其温度场的准确计算很大程度上取决于冷却系统内冷却介质的流动情况。

目前大多数文献都是采用有限元法，将冷却系统内冷却介质温度场的影响转换为对流换热系数，将其作为边界条件加载到电机温度场计算中[2,4]。

一种新型的GMAW三维温度场解析模型
岳建锋;李亮玉;武宝林;王天琪
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2008(029)004
【摘要】提出了一种新型GMAW(gas metal arc welding)三维温度场解析模型,将焊接过程中熔滴热焓对熔透成形的影响考虑在内.在模型中影响焊件的热输入因素主要有电弧热和熔滴热焓两部分.电弧热按半椭球形式分布,熔滴热焓考虑为按高斯分布的两个点热源,对新型热源的温度场模型进行了公式推导,得到了有限尺寸试件的三维温度场解析式.为了验证模型的有效性,在低碳钢试件上作了堆焊试验,对焊接不同时刻焊件横切面熔透等温线的理论计算与试验进行比较,结果显示该新型模型具有一定的有效性.
【总页数】4页(P49-52)
【作者】岳建锋;李亮玉;武宝林;王天琪
【作者单位】天津工业大学,天津市现代机电装备技术重点实验室,天津,300160;天津工业大学,天津市现代机电装备技术重点实验室,天津,300160;天津工业大学,天津市现代机电装备技术重点实验室,天津,300160;天津工业大学,天津市现代机电装备技术重点实验室,天津,300160
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28
【相关文献】
1.一种新型蒸汽吞吐产能预测解析模型 [J], 郑舰;陈更新;刘鹏程
2.脉冲GMAW熔滴过渡动态过程的解析模型 [J], 李士凯;陈茂爱;武传松
3.某新型通风方式空冷汽轮发电机转子三维温度场 [J], 路义萍;陈朋飞;邓海燕;韩家德
4.一种新型的集成电路金属连线温度分析解析模型 [J], 王乃龙;周润德
5.基于弧焊温度场正面信息的熔透控制──三维温度场熔透解析模型及验证 [J], 李亮玉;陈树君;殷树言
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高速永磁电机流体场与温度场的计算分析佟文明;程雪斌;舒圣浪【摘要】为了研究中小型高速永磁电机内部流体场与温度场分布规律,以一台15kW,30000r/min内置式高速永磁电机为例,基于计算流体力学和传热学理论建立了三维流体场与温度场的物理模型,应用有限体积法对流体场与温度场进行耦合计算,得到了电机内空气的流动特性与各部件的温度分布规律.针对高速电机运行时转子表面空气摩擦损耗大的问题,基于所建立的3D流体场模型,分析了转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗的影响.研究结果表明,高速永磁电机端腔空气的流动性差,加之空气摩擦损耗的影响,导致转子温升较高,且转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗有着重要影响.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2016(035)005【总页数】6页(P23-28)【关键词】高速永磁电机;有限体积法;流体场;温度场;空气摩擦损耗【作者】佟文明;程雪斌;舒圣浪【作者单位】沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TM315高速永磁同步电机具有功率密度大、效率高、可直接与高速原动机或负载相连等优点，广泛应用于高速机床、高速离心压缩机和鼓风机等领域[1]。

但是由于工作频率高，单位体积损耗大，且转子散热困难，容易引起永磁体过热而造成不可逆退磁[2]，从而威胁电机安全运行，因此对高速永磁电机进行三维流体场与温度场耦合计算，设计合理的冷却结构，对改善电机冷却效果和确保电机安全稳定运行至关重要。

目前，国内外已有许多专家学者对电机的流体场和温度场进行了大量研究，并取得了丰硕的成果。

文献[3]对过去十年中常用于求解电机内热问题的集总参数热网络法、有限元法和计算流体力学法进行了详细的比较，指出了每种方法的优缺点；文献[4]利用流场仿真软件研究了定子通风系统内端部绕组、压指、压圈周围及径向通风沟内流体流动特点；文献[5]分别建立了微型电动车用感应电机热网络方程和温度场有限元模型，计算了电机额定状态下整体温升分布，并与实测值进行了对比；文献[6]对全封闭外置风扇冷却异步电动机设计了温度测试方案，测量并分析了定子绕组三维温度分布特点；文献[7]分析了发电机内部的流体场流变特性以及传热特点，得到电机在高海拔运行时电机内冷却空气、机壳中冷却水的流动特性及电机温升分布规律；文献[8]基于有限体积法对某变频调速隐极同步电机冷却空气流场进行了研究，得到了两种额定转速时电机内各部分空气流速、空气流量分布特点；文献[9]建立了YJKK系列中型高压电动机通风结构的风阻网络模型，通过风阻网络模型和电机动态特性曲线相结合对绕组起动温升进行了计算。

12kV干燥空气气体绝缘开关柜热分析及优化赵婧;杨长洲;徐敏;肖松【摘要】数学建模、热源计算、仿真结果和温升实验表明,在相同充气压力下,SF6的对流散热能力远大于干燥空气;在同尺寸、同气压且自然对流的条件下,干燥空气气体绝缘开关柜的温升比SF6气体开关柜高出约12K,干燥空气开关柜温升超出了国标.故采用提高主回路导体和壳体表面的发射系数,添加主回路散热器等方法对开关柜结构进行优化,仿真结果表明,优化后的干燥空气开关柜温升符合国家标准要求,提高了干燥空气开关柜的可靠性和安全性.【期刊名称】《厦门理工学院学报》【年(卷),期】2018(026)005【总页数】6页(P19-24)【关键词】12kV气体绝缘开关柜;热分析;干燥空气;SF6气体【作者】赵婧;杨长洲;徐敏;肖松【作者单位】厦门理工学院电气工程与自动化学院,福建厦门361024;厦门理工学院电气工程与自动化学院,福建厦门361024;厦门理工学院电气工程与自动化学院,福建厦门361024;厦门理工学院电气工程与自动化学院,福建厦门361024【正文语种】中文【中图分类】TM591中压开关柜是配电系统的重要组成部分，随着人们对环保问题的日益重视，干燥空气气体绝缘开关柜成为一种发展趋势[1]。

除环保性能外，中压开关柜的热性能关系到整个开关柜能否正常工作和长期使用。

当开关柜运行电流过大、安装工艺不完善或者设计存在一定缺陷时，容易造成开关柜的温升超标，进而直接影响开关柜的安全稳定运行[2-4]。

目前，不少高校和企业研究人员对气体绝缘开关柜做了相关的研究。

张俊民等[5]对27.5 kV GIS开关柜母线室建立了传导、对流和辐射换热相互耦合的数学模型，得到了母线室内的三维温度场与气流场的分布;程显等[6-7]对SF6和N2混合气体开关柜进行仿真计算，当通入1.1倍额定电流时开关柜温升在国标规定范围内，可知SF6混合气体一定程度上可满足开关柜散热的需求。

空调房间室内热环境的三维数值模拟及实验研究山东建筑工程学院马秀力(，赵菊，肖勇全摘要：本文通过建立相应的数学物理模型，利用PHOENICS对空调房间的室内热环境进行了数值模拟，得出了空气温度、流速的分布图，并对模拟房间进行了实验测试，对模拟结果与实测结果进行了分析、比较。

分析结果表明模拟值与实测值的吻合度很好，这表明所建立的模型是正确的，模拟结果是可信的。

关键词：计算流体力学数值模拟PHOENICS 实验测试数值分析0 引言计算流体动力学简称CFD(Computational Fluid Dynamics)在暖通空调领域的应用是运用流体动力学的基本原理，通过建立数学物理模型，根据提供的合理的边界条件和参数，对空调区域内气流的速度场、温度场、压力场等进行模拟计算。

而室内空气的速度场、温度场又是空调房间室内气流组织设计及空调房间室内舒适环境评价的基础。

建筑室内的气流分布和温度分布是体现舒适和卫生的空气环境的主要指标之一。

如果能够在规划和设计阶段即可正确而详细的预测和评价室内气流组织及温度分布，不仅可以实现现代暖通空调系统的优化设计和运行管理，提高室内热舒适性和室内空气品质，而且对系统乃至整个建筑物的节能也具有重要的指导意义。

在国外，CFD数值模拟技术已被广泛应用在工程领域，成为设计上不可缺少的技术手段；而在国内CFD技术的研究和应用也已逐步受到重视。

本文就是利用CFD 模拟计算软件PHOENICS，对立柜式空调房间的温度场、速度场进行预测和分析，并通过实验测试加以比较验证。

1 房间简介模拟计算的空调房间为本学院的一个多媒体会议室，房间大小为11m×7.8m×3.6m，位于学院主体楼一层的北侧，除北墙为外墙外，其余都为内墙，南面两个门朝向走廊，北面有三个窗户，模拟时门、窗都是关闭的。

房间内的布置如图1所示，房间东、西两侧各对称安放一台“美的”世纪星立柜式空调，此外讲台上还有多媒体设备，因为一直没有开，不考虑其散热量，因此没有在图上画出。

理论与设计采用强迫风冷的压缩机用永磁电机三维温度场分析高俊1孙晓明2王谨1于占洋11沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心（110870)2沈阳鼓风机集团通风装备科技有限公司（211169 )Analysis on Three-dimensional Temperature Fieldof the PM Motor by Forced Air Cooling Used in CompressorsGAO Jun' SUNXiaoming2WANG Jin' YU Zhanyang11Shenyang University of Technology,National Engineering Research Center for REPM Electrical Machines2 Shenyang Blower Group Ventilation Equipment Technology Co.,Ltd.摘要：对一台采用强迫风冷的压缩机用内置式永 磁同步电机的三维温度场进行建模和分析。

首先，根据 永磁电机的设计参数，对气隙导热系数进行了等效计算；在此基础上，根据散热风扇的流量计算出永磁电机 机壳表面的风流速.进而得到不间型号风扇作用下电机 机壳边界处的散热系数。

最后，基于有限元仿真对电机 的三维温度场进行了计算，对不同风速冷却下电机的温 度场分布情况进行了分析。

关键词：强迫风冷压缩机用永磁同步电机三维温度场有限元仿真中图分类号：T M351文献标识码：ADOI 编码：10.3969/j.issn.l006-2807.2020.06.004Abstract: Taking an interior permanent magnet syn­chronous motor by forced air cooling used in compressors as researched subject, model o f the three-dimensional temperature field is established and analyzed. First, co-ef­ficiency of thermal conductivity of the air gap is calculated equivalently in accordance with design parameters of the PM Motor. And then, based above foundation, wind veloci­ty over the motor housing surface is calculated according to flow volume of the cooling fan, so as to achieve the different co-efficiency of heat dissipation at boundary of motor hous­ing corresponding to operation of the different models of the fan. Finally, the three-dimensional temperature field of the motor is calculated based on finite element simulation, the temperature field distribution of the motor is analyzed.Keywords: forced air cooling PMSM used in com­pressors three-dimensional temperature field finite ele­ment simulation随着对永磁材料和永磁电机的不断研究和开发，调速永磁电机被越来越广泛地应用于空气 压缩机中。

式(1)中,J m为
通流导体总发热功率如式(4)所示。

式中,n
在交流电作用下
率如式(5)
绝缘件总的介质损耗功
式(6)中
仿真分析计算
图1长母线电磁场计算几何模
GIS长母线最长跨度的母线进行分析算。

由于沿母线长度方向的电这里选取其中1米长的一段母线进行
式中,A为矢量磁位,μ为非导磁材料的磁导率
体的电导率,Ω0为求解区域,Ω1为无穷远边界,A
图20相位角情况下110kV GIS母线磁场分布0相位情况下110kV GIS电流密度分布如图5所示
将损耗发热功率施加到fluent里面作为发热源,进行流场计算。

由于速度边界层和温度边界层的存在,要求有高质量和足够数量的边界层网格来捕捉温度和速度的急剧变
模型来进行模拟。

提取筒体表面温度分布如图3所示。

图3筒体表面温度分布
得筒体表面平均温度为293K,则筒体温升为20K,即20℃。

设定最高温度为30℃,那么母线筒体可能出现的最高温度为50℃。

考虑到年最低气温,筒体热变形计算温度变化范围为-32℃~50℃。

考虑-32℃~50℃的温度变化,同时施加两端两个盲端的压力。

将母线筒的固定支撑处固定,则温升引起的热应力。

图4固定支撑处附近局部应力分布由图4分析得出,由于波纹管的作用,固定支撑处最大应力由865Mpa降低到662Mpa。

但是,由于盲端压力引起的变形不能被中间的波纹管平衡掉,支撑处应力依然很大,超出强度极限,仍然存在开裂的危险。

在平衡掉两端盲端压力的影响,仅考虑温度变化的作用,在波纹管的作用下,母线筒整体应力降到141.5MPa,。

高压防爆电机定子三维温度场的计算与分析摘要：我国国民经济的发展，使得我国在高效节能系列的电机发展越来越迅速。

高压电机在整个电机系统中的耗能最低，其技术发展对我国的经济发展速度也有一定关联。

本文以高压防爆电机作为研究重点，对其定子三维温度场进行计算与分析。

关键词：高压防爆电机；三维温度场；计算引言高压防爆电机是一种可以在易燃易爆厂房中使用的一种电机，其特点在于运行的过程中不会产生电火花。

但是电机的温度升高会在很大程度上影响到电机的安全运行，甚至关系到电机的效率、出力、运行时间、稳定性等性能指标和经济指标，如果能够控制好电机的温升可以良好的延长电机的使用寿命，因此需要对温度场有一个准确的计算。

在对定子三维温度场进行计算与分析之前，需要了解高压防爆电机。

1.高压防爆电机高压防爆电机在目前主要用于石油化工、化学工业的应用，另外在在纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。

高压防爆电机作为主要的动力设备，通常用于驱动泵、风机、压缩机、振动筛和其他传动机械。

随着科技、生产的发展，存在爆炸危险的场所也在不断增加。

1.按电机原理分：可分为防爆异步电机、防爆同步电机及防爆直流电机等。

将高压防爆电机按使用场所划分可以分为煤矿井下用高压防爆电机及工厂用高压防爆电机[1]。

根据防爆原理可以分为隔爆型电机、增安型电机、正压型电机、无火花型电机及粉尘高压防爆电机等。

按配套的主机可以分为煤矿运输机用高压防爆电机、煤矿绞车用高压防爆电机、装岩机用高压防爆电机、煤矿局部扇风机用高压防爆电机、阀门用高压防爆电机、风机用高压防爆电机、船用高压防爆电机、起重冶金用高压防爆电机及加氢装置配套用增安型无刷励磁同步电机等。

2.高压防爆电机定子三维温度场的计算与分析2.1计算模型分析由传热学基础知道，对于电机稳态导热过程，温度不随时间变化，某一计算区域内的稳态温度场求解问题可以归结为如下的边值问题，对等价泛函进行变分计算时，把上式定义到计算单元的区域范围内。

起重机用外转子PMSM全域三维瞬态温度场数值计算与分析韩雪岩;祁坤;段庆亮【摘要】An exterior-rotor PMSM for crane was provided,and the physical model of 3D transient temper-ature field for a crane PMSM was established. Some hypothetical conditions and boundary conditions of the solved region were presented. Lots of coefficients of thermal conductivity and surface heat transfer were given. Stator iron losses,windings copper losses,rotor eddy current loss and mechanical losses were calculated according to the electromagnetic field analysis. With S3 duty of low speed and high torque Out-side rotor PMSM for crane as example,the motor run four minutes,stop or break to 6 minutes in every 10 minutes. 3D transient temperature field was calculated using 3D finite element Method,and Analyzing the parameter calculation of static temperature field,the calculation of transient temperature field on the accu-racy of the motor temperature field. By comparing the results of prototype test and calculation,the science of heat source variable loading is shown,and the reference is provided for the calculation of temperature field in special working condition of motor.%本文提出了一种新型起重机用外转子永磁同步电机( PMSM)，并建立起重机用PMSM的三维温度场数学模型；基于传热学理论基础，通过有限元法建立了在特殊结构下起重机用PMSM的三维瞬态温度场数学模型，给出求解区域内的基本假设及相应的边界条件，确定了电机各部分的导热系数及各表面的散热系数；根据电磁场计算，得出了电机的定子铁心损耗、绕组铜耗、转子涡流损耗与机械损耗等的热源分布；以采用S3工作制负载持续率40%的低速大转矩外转子起重机用PMSM为例，本电机在每10分钟内运行4分钟，停机或断能6分钟。

GIS的热计算（Ⅳ）
刘绍峻
【期刊名称】《华通技术》
【年(卷),期】1994(000)003
【摘要】四,三相母线筒的发热计算,热源及计算方法(1)计算对象,图10示三相母筒结构的截面图其中,三相导体在外壳内作等腰三角形布置,C_1为两底角导体之间的距离(m);C 为底角导体至顶角导体之间的距离(m);导体中通过三相对称电流 I(A);环境可为户内及户外,户内时,室温为40℃。

【总页数】8页(P7-14)
【作者】刘绍峻
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM564.101
【相关文献】
1.GIS的热计算（Ⅱ） [J], 刘绍峻
2.GIS的热计算（Ⅲ） [J], 刘绍峻
3.GIS的热计算（Ⅰ） [J], 刘绍峻
4.GIS用热伸缩波纹管参数设计研究 [J], 马志强;赵艳涛;张路阳
5.基于红外热像检测的GIS设备发热缺陷分析 [J], 何迪;王泓学;张思宾;陈凯;岳龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

热风炉蓄热室内温度场的简化模型
张立麒;郑楚光;汪海
【期刊名称】《冶金能源》
【年(卷),期】2004(023)002
【摘要】建立了热风炉蓄热室内温度场计算的简化模型,对该模型用于预测热风炉蓄热室的热力行为是满意的.采用本模型模拟的结果表明,热风炉蓄热室内的温度分布在烧炉过程和稳定送风过程中具有较大的不同.同时,不同热物性的格砖也会极大地影响蓄热室的热交换行为.该模型对于热风炉的设计运行具有直接的工程指导意义.
【总页数】4页(P23-26)
【作者】张立麒;郑楚光;汪海
【作者单位】华中科技大学煤燃烧国家重点实验室;华中科技大学煤燃烧国家重点实验室;南昌大学环境与化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TF54
【相关文献】
1.热风炉蓄热室格子砖物理性能检测方法研究 [J], 王东;孙晓红;赵维平;李明飞;朱荣华
2.热风炉蓄热室流动和传热过程数值模拟 [J], 文午琪;黄素逸;靳士奇;靳世平;陈维汉;严仍奇;张喜来;方顺利;张永祥
3.热风炉蓄热室温度场热态模拟 [J], 聂红;李文忠;谢安国
4.高风温下热风炉操作对蓄热室温度分布的影响 [J], 陈杉杉;倪萍;国宏伟;张建良;杨天钧
5.热风炉蓄热室温度场热态模拟研究 [J], 聂红;李文忠;谢安国
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基于Arc GIS的三维可视化水库库容计算系统开发靳晟;李玉平;朱海山【摘要】通过分析目前常用的方格网法、断面法、等高线求积法和三角网格法等库容计算方法,研究了如何在 2010和Arc GIS engine SDK10.0环境下,使用C#语言实现三维可视化水库库容计算系统的方法,并设计了地形数据处理、视图处理等主要子功能模块.该系统可利用Arc GIS提供的接口及其算法优势直接处理原始地形数据,快速建立三维地面模型TIN,提高了计算效率且避免了传统库容计算过程中产生的精度损失.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2015(013)006【总页数】5页(P1203-1206,1224)【关键词】三维可视化;库容计算系统;Arc GIS;C#;TIN【作者】靳晟;李玉平;朱海山【作者单位】新疆农业大学计算机与信息工程学院,乌鲁木齐830052;新疆水利水电勘测设计研究院勘测分院,新疆昌吉831100;新疆水利水电勘测设计研究院勘测分院,新疆昌吉831100【正文语种】中文【中图分类】TP319水库库容是水利枢纽设计和运营管理的重要参数,也是水库前期论证的主要成果,它直接影响到水库工程的建设规模、蓄水效果、调度运行和工程投资。

库容计算是每个水库必不可少的工作,主要计算成果是水位-库容特性曲线,根据它可以了解每个水位对应的库容储量,作为水库优化调度的主要依据,使水库保持合理的防洪库容和兴利库容[1-3]。

由于库容计算直接影响到水库的防洪安全及运营管理,所以使用先进的计算机技术来精确、高效的实现库容计算并自动生成各种库容计算成果显得尤为重要。

受测量手段和计算方法的制约,以往的库容计算以断面法、等高线求积法和方格网法为主。

其中,断面法是一种常规的计算方法,但有一定的局限性,主要适用于典型的河槽式河流;等高线求积法把水库的库体看成为梯田式结构,因此得到的是相对近似结果;方格网法的精度较高,但已不能满足当前库容计算的要求[4-7]。