長供水管道中排氣閥設置間距的理論分析

通常認為長直管道上排氣閥的設置間距宜為500-1000m。排氣閥的布置間距受管道輸運氣體能力的影響，而輸送能力又受到水流流速、流態和管線布置的制約。

管道中的氣囊受力比較復雜，能否保持穩定主要取決于重力G、浮力FL、水流拖曳力FD和表面張力FT(見圖1)。不同的管道布置情況下，氣囊的受力情況也不同。

圖1  管道中氣囊受力分析示意

長而上升管道中的氣囊，受水流拖曳力和浮力的作用可沿水流方向運動，水流輸送氣體的條件較好，氣囊將較難保持穩定，會隨水流到達管道的高點而排出。僅有一些微小的氣泡因受管道不均勻的粗糙度影響，而滯留在管壁附近。因此，長而上升管道上排氣閥的設置間距可以選擇取值范圍內的較大值。

長而水平管道中氣囊的狀態主要取決于水流的拖曳力。長而下降管道中的氣囊，受水流的拖曳力和浮力作用，水流輸送氣體的條件相對較差。大量的理論和試驗研究表明，長而水平管道和下降管道中水流輸送氣體的能力與水流流速、管道直徑和管道傾斜角度有關，只有當管道水流流速達到某一臨界值VC時，管道中的氣體才能被水流順利帶至下游并通過排氣閥排出。

長而水平管道和下降管道上排氣閥的設置間距取決于管道水流流速V與臨界流速VC的大小。臨界流速VC是表面張力、佛汝德數、雷諾數和管道傾角的函數，受氣囊體積的大小影響較小。對給定的管道，如果忽略表面張力的影響，則VC與(gD)1/2成比例。臨界流速VC從微觀角度反映了管道水流輸送氣體的能力，可作為排氣閥設置間距取值的參考依據。

式中，D為管道內徑，m；g為當地重力加速度，m/s2；α為管道傾角，(°)。

綜合以上分析，可以得到供水工程中排氣閥設置間距的取值建議(見表1)。

表1 長供水管道中排氣閥設置間距取值建議