随着我国管道铺设区域的不断扩大,建设在地形复杂、落差较大地区的管道逐年增加,这就为管道清管带了众多新的问题。在大落差天然气管道试压后排水过程中,清管器后端气体段和前端液体段的压力变化以及清管器的运动变化是一个十分复杂的瞬变过程,亦是一个多因素耦合问题。本文旨在对试压后排水过程中所涉及到清管器非稳态运动规律、气体和液体段的瞬态变化规律、液柱分离和弥合水锤现象等进行相关理论的研究与分析,主要的研究内容包括以下几个方面:(1)通过对大落差天然气管道试压后排水过程的全面深入的理论研究,首先分析在排水过程中管道内液体段可能存在的几种流体瞬变过程,并阐明这几种瞬变过程发生的原因和影响因素:探讨在试压后排水过程中液体段中出现压力降低的原因以及气体释放的影响因素、液体的汽化理论和液体中气体的溶解机理、如何判断管道内发生液柱分离以及液柱分离后发生弥合水锤的诱因、管内液体可能存在的几种流态和流态相互转化的过程。其次对清管器在整个试压后排水过程中瞬态行为进行分析,包括清管器在平缓阶段、上坡阶段、下坡阶段和事故关阀阶段的受力分析和运动过程。从宏观上把握试压后排水过程中的清管瞬变规律,进而分区域、分时段的分析其中的瞬变行为,为建立排水过程中的水力瞬变数学模型提供有力的理论依据。(2)简要地阐明了水锤数值计算的基本微分方程式,特征线法和有限差分法的基本原理,并应用特征线方法对水锤的基本微分方程式进行转化求解。建立适合本工况的初始条件和边界条件。为模型的求解提供了可靠的数学理论基础。(3)分别针对管道上游气体段和下游液体段建立非稳态运动模型,并应用特征线法对模型进行求解。对清管过程中的清管器进行动力学分析,并应用适当的耦合方法将气体段和液体段分别与清管器动力模型进行耦合,得到了试压后排水过程中的完整的清管非稳态运动模型。(4)基于排水过程中液流的瞬态变化假设,根据瞬变过程发生机理,分别建立空腔离散模型和均质泡沫流模型,分析了两种模型的适用范围,基本假设条件以及相应的求解过程。(5)以清管非稳态运动模型为基础,结合空腔离散模型和均质泡沫流模型利用FORTRAN语言对清管瞬变过程进行程序开发。针对某大落差管段的试压后排水过程进行数值模拟,着重分析了出入口边界条件与管内瞬变过程的关系。