排气阀设计计算时管线中气体动态特性研究

长距离供水管道系统中的气体来源主要是水流自身的溶解气体和某些非正常运行工况下由外部进入的气体。供水管道系统受水量需求的波动，运行工况多变，管道内水流流态复杂，在管道充水和放空工况下尤为突出。研究表明，竖直管线中的水流流态大致有6种：泡状流、团状流、段塞流、泡沫流、环状流和雾状流。水平管线中的水流流态大致有7种，主要包括气 泡流、团状流、层状流、波状流、段塞流、环状流及雾状流。在不同的流速和流态下，水体中气体的存在形式也不同，主要呈现为自由气泡、小气囊和滞留大气团。

排气阀在设计和计算时，引入的很重要的假设就是气体始终聚集在排气阀附近，但供水管道中水流的复杂流态，致使在很多运行工况下这一假设并不能很好地得到满足。国内外的理论研究和工程实践表明，排气阀的性能在很大程度上受到水流流态的影响。以排气功能为例，在很多工况下高速排气阀往往只能进行微量排气，难以做到在任何水流流态下都可靠地工作。对于供水管道系统而言，其设计工况下的满管流速一般都在1.0～3.0m/s。但供水工程的初期用水规模一般较设计工况低很多，管内的流速也相应较低，如果管线起伏程度太大或水流流速较小（低于0.6m/s），管道中的自由气体将汇集成气囊，并有可能形 成大气团滞留在管壁附近。滞留气团不仅导致管道输 送能力下降，运行能耗增加，更为严重的是气团溃灭时 将在管线中产生很高的压力，成为管道爆管、结构破坏 等事故的诱因，严重威胁供水工程的安全运行。