排氣閥設(shè)計計算時管線中氣體動態(tài)特性研究

長距離供水管道系統(tǒng)中的氣體來源主要是水流自身的溶解氣體和某些非正常運行工況下由外部進入的氣體。供水管道系統(tǒng)受水量需求的波動，運行工況多變，管道內(nèi)水流流態(tài)復(fù)雜，在管道充水和放空工況下尤為突出。研究表明，豎直管線中的水流流態(tài)大致有6種：泡狀流、團狀流、段塞流、泡沫流、環(huán)狀流和霧狀流。水平管線中的水流流態(tài)大致有7種，主要包括氣 泡流、團狀流、層狀流、波狀流、段塞流、環(huán)狀流及霧狀流。在不同的流速和流態(tài)下，水體中氣體的存在形式也不同，主要呈現(xiàn)為自由氣泡、小氣囊和滯留大氣團。

排氣閥在設(shè)計和計算時，引入的很重要的假設(shè)就是氣體始終聚集在排氣閥附近，但供水管道中水流的復(fù)雜流態(tài)，致使在很多運行工況下這一假設(shè)并不能很好地得到滿足。國內(nèi)外的理論研究和工程實踐表明，排氣閥的性能在很大程度上受到水流流態(tài)的影響。以排氣功能為例，在很多工況下高速排氣閥往往只能進行微量排氣，難以做到在任何水流流態(tài)下都可靠地工作。對于供水管道系統(tǒng)而言，其設(shè)計工況下的滿管流速一般都在1.0～3.0m/s。但供水工程的初期用水規(guī)模一般較設(shè)計工況低很多，管內(nèi)的流速也相應(yīng)較低，如果管線起伏程度太大或水流流速較小（低于0.6m/s），管道中的自由氣體將匯集成氣囊，并有可能形 成大氣團滯留在管壁附近。滯留氣團不僅導(dǎo)致管道輸 送能力下降，運行能耗增加，更為嚴(yán)重的是氣團潰滅時 將在管線中產(chǎn)生很高的壓力，成為管道爆管、結(jié)構(gòu)破壞 等事故的誘因，嚴(yán)重威脅供水工程的安全運行。