在火电站和核电站系统中,管道是输送高压蒸汽的重要工具,在电站系统的日常运营和风险分析中承担着重要的功能。高压蒸汽作用下,管道中的高速运动水团(弹状流)可以对管端结构(例如弯头、孔板、三通或者部分关闭的阀门等构件)造成强烈冲击。在这种高强度冲击荷载作用下,管道内部构件极易遭到破坏,管道外部的支撑也可能因过载而失效,从而严重危害电站系统的安全运行。因此,深入研究弹状流的高速冲击特性及其对结构的影响机制具有重要的理论意义和工程意义。本文首先对弹状流瞬态冲击问题的数学模型和物理实验进行了全面回顾和详细分析,论述了数学模型和物理机制研究的发展过程,并以管道内的弹状流为研究对象,针对弹状流运动过程中的弯管冲击、孔板冲击、流动分离以及管道快速排水等各种工况,构建了相应的数学模型,使用欧拉法、四阶龙格-库塔法、有限体积法和VOF(流体体积)方法进行了数值仿真。针对弹状流冲击弯管的工况,本文提出了新的一维瞬态冲击模型模拟弹状流对弯管的冲击过程,比较了两种时间积分方法的计算精度,数值结果与物理实验结果的对比证明了所提出的瞬态冲击模型的合理性。针对弹状流冲击孔板的工况,本文基于有限体积法和VOF方法进行了二维数值模拟,模拟出的压力峰值与物理实验结果存在一定的差距,但理论分析表明数值模拟结果更为准确。针对管端流动分离的工况,二维数值模拟结果表明:不论是缩流系数,还是压力和速度分布,都可以得到与理论结果相一致的数值解。在此算例中,本文还评估了算法精度与效率,验证了数值方法基于时间步长和网格数量的无关性。针对管道快速排水的工况,本文从多个方面改进了快速排水的数学模型,包括摩擦系数修正、水柱初始长度修正以及下游阀门损失系数修正等,计算得出的流量时程曲线与物理实验结果相一致,证明了改进数值模型的合理性。