三维CFD仿真技术，让水利水务管道输水更安全、高效
长距离管道输水工程中，充放水过程的安全性与效率始终是行业关注的重点。如何精准模拟复杂的水气两相流动，确保管道运行安全？积鼎科技基于自主研发的VirtualFlow 流体仿真软件，为市政水务领域提供了一套高效、可靠的计算流体力学解决方案，助力工程实现 “安全快速充水” 的核心目标。
长距离输水工程由于其管线较长，对整条管线进行充放水往往需要十几天甚至几十天才能完成，充放水快慢将对整个工程的进度产生直接影响。往往面临以下挑战：
· 周期长：充放水需十几天甚至几十天，直接影响工程进度；
· 风险高：有压充水中的水气两相瞬变流动复杂，压力、流量波动大，易引发安全隐患；
· 成本高：传统物理模型试验耗时长、费用高，难以满足现代工程快速迭代需求。
积鼎科技解决方案：通过VirtualFlow 数值模拟技术，以低成本、短周期实现对管道充水过程的精准仿真，提前预警风险，优化排气孔设计与充水策略，为工程保驾护航。
VirtualFlow管道两相流流动
技术优势：VirtualFlow 如何突破瓶颈？从几何建模到结果验证
1、精准建模：以某输水工程为例，假设上游水库向下游水库充水，上游水库水面高程为7m，下游水库水面高程为0.35m，上下游坡度最大高度差不超过1m。管线长度为100m，管道内径为0.34m，距离上游水库85m处设置一排气孔，排气口内径为0.1m。
几何模型示意图（红色为水，蓝色为空气）
2、精准仿真：与某商用软件（VOF 模型）对比，VirtualFlow 采用LeveSet 界面追踪技术，完整考虑空气与水的两相流动（商软仅模拟水单相），结果显示两者压力曲线吻合度高，验证了计算准确性。
仿真结果对比
两个软件在不同时刻的整体流动过程对比如下：
在计算过程中，为了观察排气孔处的压力变化，在排气孔对应的管道底部创建了一个监测点，用来监测管道底部的压力随时间的变化，如下图所示。
图3 排气孔处管道底部的监测点压力随时间的变化
总体上，两个曲线吻合度较高，验证了VirtualFlow计算结果的准确性。需要注意的是，由于排气孔的影响，在10s左右出现压力的突变，并且商软峰值压力的持续时间比VirtualFlow长，主要原因是商软对自由液面模型进行了简化，它忽略了气体的流动，气体仅有一个正向压力作用在液体表面，气体中的压力梯度和剪应力是忽略的。VirtualFlow仿真时完全考虑了空气对自由液面的影响，和水在管道形成了不同的流型，如气泡流、塞状流，分层流。
3、高效计算：更少网格，更快速度
· 网格与效率对比：
✅ 优势：VirtualFlow 以约 50% 的网格量实现近 3 倍计算效率提升，大幅降低计算资源消耗。
4、物理模型优势
· 流型模拟全面：VirtualFlow 可精确模拟气泡流、塞状流、分层流等多种流型，而商软因简化自由液面模型（忽略气体流动与压力梯度），导致峰值压力持续时间失真（见图 2 对比）。
· 便捷性升级：采用笛卡尔网格划分，操作流程更简化，适配复杂管道结构，减少工程师建模耗时。
CFD流体仿真技术对水利水务场景价值：安全与效率双提升！
1. 风险预判：通过仿真提前发现充水过程中压力突变点（如案例中 10 秒左右的排气孔压力波动），优化排气孔位置与尺寸，避免水锤效应与管道损伤。
2. 效率优化：缩短充水周期，减少人工调试成本，为工程进度 “抢时间”。
3. 绿色低碳：替代传统物理试验，降低材料与能源消耗，符合可持续发展理念。
