王 玲，王福军，2，黄 靖，罗建群，桂新春，谢爱华

（1.中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 100083；2.北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心，北京 100083；3.株洲南方阀门股份有限公司，湖南 株洲 412007）

1 研究背景

空管充水过程对于新建或更新改造的输水管路系统在投入正常运行之前是不可或缺的环节［1-3］。曲折管线进行空管充水工作时，易在管路的局部高点处产生水柱分离现象，随之而来的水柱弥合会产生剧烈的压力波动［4］，因此，有必要在管线布置一些进排气阀实现对管路的压力防护［5-7］。为了有效预测空气阀在管路系统中的水锤防护特性，通常需要进行较为准确的数值模拟和选型计算，但现有空气阀的应用研究多集中于满管流状态［8-10］，对于空管充水阶段空气阀的水锤防护研究较少。同时，目前用于求解空气阀数学模型的常用方法主要有直接求解法和牛顿迭代法。其中，直接求解法是指Wylie和Streeter提出的方法［11］，其将以亚声速流入与流出和以临界速度流入与流出空气阀的4种情况下的空气质量流量方程离散化，并用一系列分段方程近似，结合空气阀边界的特征线方程以及空气阀内的气体状态方程，可转换成关于空气阀内气体压力的一元二次方程，然后通过判断解的存在区域并求出下一时刻的空气阀内的气体压力；牛顿迭代法［12］是指根据当前空气阀内的气体压力判断选择通过空气阀的空气质量流量方程，然后与空气阀边界的特征线方程和空气阀内的气体方程组成非线性方程组，通过牛顿迭代法去求解下一时刻的空气阀内的气体压力。……