真实的溢流坝启门泄流过程中，受水库调度指令与河道天然来流的影响，必然会面对闸门开度和堰上水头随时间持续变化的情况。然而，目前的水利工程领域依然以稳态流动理论和模型实验作为泄流过程水力特性的主要研究方法。这不仅限制了中国相关行业规范的长足发展，更因为对瞬态工况下泄流能力和立轴旋涡等水动力学问题的研究不足，诱发了诸多工程事故，给下游企业和群众的生命财产安全造成了无法挽回的损失。针对上述问题，本文采用数值与原型、模型实验相结合的研究思想，在OpenFOAM平台开发出一种基于自适应偏移动态分层法的动态拓扑两相流求解器，揭示了瞬态工况下溢流坝泄流能力与立轴旋涡的流动机理。
　　主要研究成果及结论如下:
　　1)通过文献索引工作，回顾了实用堰孔口流量公式和自由表面立轴旋涡模型的理论假设、应用范围、控制方程推导过程以及模型实验实施方法。发现上述研究方法均没有考虑闸门开启过程对流场产生的瞬态影响。考虑到计算流体力学中的自由水面追踪和动网格技术，本文确立了以流体体积法和自适应偏移动态分层法为核心的闸门开启过程数值模拟研究手段。
　　2)分析水工闸门的运动特点，通过在传统动态分层法基础上引入自适应偏移矩阵的方式，提出了平板、弧形闸门启门过程的离散化开度模拟方案——自适应偏移动态分层法。然后，将该算法植入二次开发的动态拓扑两相流求解器topoDyMFoam中，并以某示例阐明了topoDyMFoam的工作原理与流程。
　　3)为证明topoDyMFoam的功能完整性和计算准确性，本文设计了三个验证性实验。从定性、定量分析两个方面，考察了求解器对自由水面形态、压力、水位、流量、水体积分数等变量的瞬态求解能力。结果显示，topoDyMFoam不仅能够实现平板、弧形闸门的启门运动过程模拟，而且对水面激波、闸前涌浪、闸后水跃、水力坡降、立轴旋涡等现象具有良好的计算精度。
　　4)以松江河梯级水电站的双沟、石龙水库为研究对象，设计并实施了弧形闸门启门泄流过程的原型实验方案。通过测量待测点位静水、总压力水头的差值，间接求得测点的水流速度，联合测点控制的过流面积，计算出弧形闸门的泄流能力曲线。运用topoDyMFoam求解器进行数值模拟，通过对计算结果的分析，提出启门速度修正系数，改进了实用堰孔口流量公式，进而推演出两水库在正常蓄水位和校核洪水位下的泄流能力曲线。
　　5)以瀑布沟、双沟、石龙水库的溢流坝启门泄流算例为研究对象，运用自由水面法、流线法、涡量法、速度分量法、特征向量法以及λ2准则等旋涡识别算法，详细展示了各算例的水面及水下瞬态流动现象。在此基础上阐明了立轴旋涡的触发、发展与消亡机制。其中，触发机制为边界条件、来流攻角和Reynolds数(Re)共同诱导时，闸室内墩头涡于逆压梯度条件作用下的流动分离;发展机制为涡量输运方程控制下的立轴涡管伸缩变形、剪切变形及涡量扩散过程;消亡机制为涡量拟能控制下的流体动能耗散过程。