平面闸门在水工建筑物中通过启闭控制蓄水和泄水,在复杂的工作条件下频繁运作闸门容易发生破坏。因此,确保闸门安全运行和水流流态稳定在水利工程行业有重大意义。研究表明:平面闸门振动的外因主要来自于过闸湍流的脉动压力,同时,作为直接过流面,平面闸门底部的过闸水流运动变化最为复杂。所以闸门底缘型式和闸门启闭速度对水流流态的稳定性产生较大影响。因此,对闸门底部过闸水流的脉动压力和流场的研究,在水利工程行业具有重要学术价值和工程意义。本文以平面闸门启闭过程中过闸水流为研究对象,基于有限元分析软件为平台,分别对多种不同的闸门启闭模型进行数值模拟。本文主要研究内容和结论如下:1、闸门数值模拟的具体运行条件,是根据不同底缘型式和闸门开启与关闭的速度进行设置的。在此基础上,确定边界条件、初始条件和多网格块组合精度。并采用GMO刚体移动法、LES大涡模拟和VOF自由水面求解技术三者相互结合的方法,针对过闸水流,建立多种平面闸门启闭过程中的数值模型。2、分别对四种底缘型式、三个启闭速度以及闸门开启、关闭和持住三种状态组合的不同工况,展开平面闸门启闭过程的三维数值模拟,并在闸门底缘前、中和后设置三个测点。最后得到36个工况中三个测点处过闸水流的脉动压力时域信号,采集的脉动压力信号为非平稳且具有趋势性信号。采用经验模态分解,将时域信号进一步分解为有限数量的单分量函数,再通过希尔伯特转换,最后得到原有脉动压力的时间-频率-幅值信息,进而对比分析36个工况中脉动压力对闸门作用情况。其中前倾45°、后倾30°的组合式闸门底缘,且启闭速度~115cm/s的运行工况,在闸门底部受脉动压力作用较平缓,且三个测点能量幅值的变化差值最小。3、平面闸门启闭过程过闸水流流场的分析内容主要为:在启闭过程中闸门底缘过闸水流的速度云图和具体流态形式,以及四种底缘型式的闸下压力等值线图、闸下流线分布图、过闸水流闸后流线分布图和压力云图。可得到前倾45°、后倾30°的组合式闸门底缘,其过闸水流速度分布情况最为平缓,且流态演变进程在闸门开启时最快,在闸门关闭时最慢,其闸门底部压力变化平缓且适应流线线型,闸后水流压力分布波动较小。