本文针对输水管道系统含大体积气团瞬变流，通过理论分析和数学推导，建立了其数值仿真计算的一维刚性、弹性数学模型；采用VOF法研究了其二维、三维的气、水运动状态和压力分布；进行了相关实验验证分析。此外，改进了进排气阀模拟数学模型；探讨了进排气阀选型布置和气垫式调压室水力特性等应用技术问题。 本文的主要研究成果及创新点如下： (1)导出了分别适用于单特性、变特性输水管道系统的完整刚性数学模型，给出了其数值求解方法。指出了刚性数学模型固有的理论缺陷，提出了其适用条件。 (2)导出了适用于复杂管道系统的刚性塞弹性数学模型，该模型具有物理概念清晰、适用性强、除通常的“一维水锤假定”外无其它任何简化条件的影响及限制等优点，并可方便地与常规水锤计算特征线法完好衔接。 (3)成功地利用VOF法对管道内水流冲击滞留气团瞬变流进行了二维、三维数值仿真模拟分析。指出了在管道末端会出现水体将撞击管壁并导致该局部位置压力突增现象；提出了滞气管段部分蓄水情况的一维模型、二维模型折算方法。 (4)改进了进排气阀模拟数学模型的基本假设，建立了新的进排气阀模拟数学模型。新模型在理论上比原模型更严密、更合理。通过工程实例的比较计算分析表明：两种模型的计算结果，在进气过程几乎完全相同，在排气过程存在较明显的差异，其最大压力上升值相差10％以上。 (5)利用输水管道系统含大体积气团瞬变流的理论和数值计算方法，研究分析了水电站气垫式调压室的水位波动特性、现场实测资料仿真分析、采用圆管形体型的可能性等应用技术问题。