随着我国城镇化进程的推进和经济的高速发展,水资源时空分布不均带来的问题日益凸显,为了满足城镇的用水需求,近年来修建了大量的长距离输水工程,充水过程是长距离输水工程中的重要工况,主要出现在输水管道首次投运空管充水、检修完成恢复供水、故障排除恢复供水等情况下,管道充水过程中会出现复杂的气液两相流动,压力变化剧烈,容易造成管道的破坏,本文采用数值模拟和物理模型试验的方法对管道充水过程非恒定流特性进行了如下研究。本文首先从数值计算方法和物理模型试验两个方面对国内外专家、学者的相关研究进行了归纳总结,为后续研究奠定基础,然后针对有压管道充水过程数值计算方法所采用控制方程、离散方法、湍流模型和界面追踪模型等相关理论进行介绍,基于连续方程、动量方程、k～ε湍流方程和VOF界面追踪模型建立了不同充水流速、管径和倾斜角度的多工况数值计算模型,能够模拟管道内水流流态变化,追踪水气界面的位置,通过对各工况数值计算得到的管内流态数据、压力数据进行对比分析,从局部管段层面研究了各项因素对管道充水过程产生的影响,依据数值计算结果提出了减小峰值压力和缩短充水时间的充水方法,设计试验方案并开展物理模型试验,将试验结果与数值计算结果进行对比分析,验证了数值计算结果的准确性,最后以实际的泵站加压输水系统为例,从泵站输水层面对输水管道系统充水过程进行了分析研究,根据充水过程中管线的压力变化规律,参考管道的承压能力,确定了适合该工程的充水方案,对其它类似工程的充水方案的确定提供了参考。