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(yùn)行工況下由外部進(jìn)入的氣體。供水管道系統(tǒng)受水量需求的波動，運(yùn)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(tuán)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(tuán)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(tuán)。

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(yùn)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(shí)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(jìn)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(tuán)滯留在管壁附近。滯留氣團(tuán)不僅導(dǎo)致管道輸 送能力下降，運(yùn)行能耗增加，更為嚴(yán)重的是氣團(tuán)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(yùn)行。