输流管道系统中的水锤现象是引起管道失效的主要原因,传统的分析方法常基于特征线法进行一维计算,忽视了流体三维特征所带来的影响。另外,对于复杂流体输运系统中,容性结构等过流部件对管路瞬变流特性的影响还不是很清楚,有必要采用比较可靠的数值模型去研究容性结构对管路系统水锤波传递特性的影响规律。因此,本文采用三维计算流体动力学(CFD)对管路系统的关阀水锤现象进行研究,实时考虑流体的可压缩性,利用动网格技术模拟阀门的运动边界,建立准确的考虑介质可压缩性的输流管路系统的数值计算模型,研究系统容性部件对管路系统瞬态特性的影响,揭示容性结构对管路系统的压力脉动的传递和衰减规律。研究结果对进一步改进一维瞬变流计算模型精度、水锤预防和管路设计有重要指导意义。论文的主要内容如下:1)设计并搭建了直管路和分支管路试验系统,开展CFD在分析管路瞬变流的适用性研究。将直管路试验与模拟对比,结果表明:直管路数值模拟结果与试验数据吻合较好。将分支管路试验与模拟对比,结果表明:试验波动周期略大于模拟周期,误差为0.4%,波峰波谷误差较小,模拟结果与试验结果比较吻合。验证了三维CFD方法在不同管路瞬变特性数值计算的可行性与可靠性。2)搭建了容性结构系统瞬态特性试验台,开展容性结构对管路瞬变流传递特性的影响研究。针对不同尺寸参数的容性结构进行了快速关阀过程中的瞬态试验,研究分析了容性结构轴向尺寸、径向尺寸对系统瞬态特性的影响。3)基于容性结构试验模型,采用三维CFD方法对容性结构系统瞬态特性进行数值模拟,并与试验进行对比分析,结果表明:数值计算结果与试验结果误差较小,验证了三维CFD方法在容性结构系统瞬态特性计算上的可靠性。另外,也给出了容性结构内部三维瞬态流动演化过程。4)针对容性结构几何尺寸变化开展三维CFD分析,对比分析了快速关阀瞬态状态下的水锤波压力变化曲线、速度变化曲线、功率密度谱以及波峰波谷曲线的变化情况。结果表明:轴向尺寸增大,会导致水锤波的周期变大,延缓水锤波的衰减,波动更持久。径向尺寸(径向尺寸大于管路直径)增大,也会导致水锤波的周期变大。径向尺寸(径向尺寸小于管路直径)减小,会略微导致周期变大,不影响水锤波的衰减。容性结构体积增大,会导致波动周期变大,波动时间更长。