长供水管道中排气阀设置间距的理论分析

通常认为长直管道上排气阀的设置间距宜为500-1000m。排气阀的布置间距受管道输运气体能力的影响，而输送能力又受到水流流速、流态和管线布置的制约。

管道中的气囊受力比较复杂，能否保持稳定主要取决于重力G、浮力FL、水流拖曳力FD和表面张力FT(见图1)。不同的管道布置情况下，气囊的受力情况也不同。

图1  管道中气囊受力分析示意

长而上升管道中的气囊，受水流拖曳力和浮力的作用可沿水流方向运动，水流输送气体的条件较好，气囊将较难保持稳定，会随水流到达管道的高点而排出。仅有一些微小的气泡因受管道不均匀的粗糙度影响，而滞留在管壁附近。因此，长而上升管道上排气阀的设置间距可以选择取值范围内的较大值。

长而水平管道中气囊的状态主要取决于水流的拖曳力。长而下降管道中的气囊，受水流的拖曳力和浮力作用，水流输送气体的条件相对较差。大量的理论和试验研究表明，长而水平管道和下降管道中水流输送气体的能力与水流流速、管道直径和管道倾斜角度有关，只有当管道水流流速达到某一临界值VC时，管道中的气体才能被水流顺利带至下游并通过排气阀排出。

长而水平管道和下降管道上排气阀的设置间距取决于管道水流流速V与临界流速VC的大小。临界流速VC是表面张力、佛汝德数、雷诺数和管道倾角的函数，受气囊体积的大小影响较小。对给定的管道，如果忽略表面张力的影响，则VC与(gD)1/2成比例。临界流速VC从微观角度反映了管道水流输送气体的能力，可作为排气阀设置间距取值的参考依据。

式中，D为管道内径，m；g为当地重力加速度，m/s2；α为管道倾角，(°)。

综合以上分析，可以得到供水工程中排气阀设置间距的取值建议(见表1)。

表1 长供水管道中排气阀设置间距取值建议