基于动网格技术的底轴驱动翻板闸门开启过程瞬态水力特性研究

来源：水资源与水工程学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：徐强，张建华，张松匀，冯慧慧，叶子青

单位：（1.中铁水利水电规划设计集团有限公司,2.河海大学机电工程学院

摘要：底轴驱动翻板闸门在开启过程中，因门顶形成高速溢流，易在门后诱发负压区，进而引发结构振动，严重威胁工程运行安全。为深入探究其振动成因，基于Ansys Fluent平台，构建了融合流体体积（VOF）两相流模型与动网格技术的二维瞬态数值仿真模型，完整模拟了闸门从关闭至全开过程中水面演化、速度场分布及压力动态变化特征，系统揭示了闸门运动与流场变化之间的耦合机制，明晰了“溢流冲击-负压形成-振动激发”的水动力致振路径。结果表明：闸门开启过程中门顶溢流显著，门后出现明显的局部负压区；负压区随开度增大而扩展，并于开启后225 s达到峰值，构成诱发结构振动的关键因素；随着闸门继续开启至完全打开，水流逐渐淹没门体，溢流减弱，负压区消散，水-气两相流动趋于平稳，流域压力分布均匀化，振动风险显著降低。研究成果为翻板闸门的振动机理识别、防振设计优化及安全运行控制提供了坚实的理论依据与高效的仿真方法支撑。

关键词：底轴驱动翻板闸门,动网格技术,VOF两相流模型,瞬态水力特性,门顶溢流

基金资助：中国中铁股份有限公司科技研究开发计划项目（2023-Key-05）；国家自然科学基金项目(51705131)