随着经济的快速发展,城市内部或周边的水资源不能满足日益增长的用水需求。这时,人们不得不往更远的地方寻找水源,并且在水源和城市间建立长距离输水工程。在这类工程中,由于地形复杂,起伏不平,管道长达几公里甚至几十公里,在驼峰处、封闭端及阀门处很容易积聚空气,形成大体积气团。若没有足够的排气阀或安装位置不对,将导致管道中的空气不能及时排出。此种情况下突然启动水泵或打开有压输水管道中的阀门,就会产生压力水流冲击气团现象,在气团附近可能会引发异常压力,这种气液两相瞬变流现象所产生的压力将远大于一般水锤压力,是导致爆管的主要因素之一。当管道中存在多个气团时,水锤波叠加产生更大的水锤压力,使爆管事故更易发生。因此,研究此类气液两相瞬变流具有重要的理论意义和实用价值。本文利用气液两相流理论和计算流体动力学基本原理,建立了关于有压管道水流冲击气团现象的物理模型,采用VOF模型(Volume of Fluid Model)对水流冲击气团的局部流场进行数值模拟,得到了局部流场变化规律。通过对不同管径,不同长度,数十种工况的局部流场模拟分析表明:当模型中的管段长度为10m时,水流冲击气团产生的峰值压力趋于稳定,为设定局部流场的管道长度提供了依据。借助于VOF模型的界面跟踪技术,模拟研究得到了不同管径、不同气团个数和不同维数之间的局部流场变化规律,结果表明气团在压缩与膨胀过程中伴随着分解和破裂,导致异常压力的发生;当管道中含有多个气团时,气团之间会相互影响,使局部流场震荡严重。本文推导了气体多变过程方程,通过模拟分析和计算,将气体的多变过程分为四个子过程,分别为:加速压缩过程、减速压缩过程、加速膨胀过程和减速膨胀过程,气团压力在前两个子过程中不断升高,在减速压缩过程结束时达到峰值,随后不断下降直到另一个加速压缩过程开始。此外,将论文研究方法应用于一个实际算例中,通过对长距离输水管道充水阶段和事故停泵两种情况下的局部流场模拟,得到了局部流场变化规律,为长距离输水工程的优化设计及安全运行提供了参考依据。