管道在海洋工程输水、输油方面具有重要作用。低温条件下,管道在使用过程中时常受到细碎冰晶干扰。细颗粒冰晶混入管道中容易产生冲蚀磨损,粗颗粒冰晶混入管道中容易导致管道输送阻力的上升,冰晶颗粒混入管道中也易造成管道的积聚。降低冰晶对管道冲蚀磨损影响、预防管内积聚已成为学界关注的热点。本文基于计算流体力学和离散单元法,对直管内的流动特性、弯管内的冲蚀磨损和直管内的积聚问题进行研究,主要研究内容如下:(1)以计算流体力学和离散单元法为理论基础,建立管道内液相流动的CFD模型以及颗粒间碰撞模型,并通过CFD-DEM耦合方法验证,从而证明直管流动特性的准确性。(2)采用CFD-DEM耦合方法对直管内冰水两相流的流动特性进行研究,重点研究流态、阻力特性和流场的变化规律,分析流速、粒径、体积分数和入射角度四种参数对流态、阻力损失和流场影响。结果表明静床流、动床流、悬浮床流的演变与流速、体积分数、粒径有关,颗粒入射角度对于流态的转变影响很小;流速越快、粒径越大、体积分数越高管道压降也就越高,但颗粒的粒径分布由窄变宽时,压降先减小后增大;单一粒径和流速对流场影响很大,而粒径分布和体积分数对流场的影响作用很小。(3)基于CFD模型分析斯托克斯数、粒径分布、流速、颗粒形状、弯管属性对冲蚀磨损特性影响,重点分析最大穿透率和最大冲蚀磨损区域的变化。结果表明斯托克斯数、粒径分布、流速、颗粒形状、弯管布置方式对最大冲蚀磨损区域影响较大;单一粒径相比存在粒径分布时对管道造成的磨损穿透率更大;流速越大、颗粒形状系数越大、弯管硬度越小、弯径比越小,穿透率越大,同时弯管布置方式也对穿透率存在一定影响。(4)采用CFD-DEM耦合方法研究直管内积聚特性问题,考虑粗颗粒冰粒流速、颗粒直径和颗粒形状对堆积位置和程度的影响,分析细颗粒在不同流速下直管内的聚并规律。结果表明,对粗颗粒冰晶而言,流速越大,颗粒直径越小管道越不容易出现积聚,六种颗粒形状中针状颗粒最容易使管道出现积聚、堆堵;对细颗粒冰晶而言,随着流速的增大,细颗粒在出口管段处聚并数量减少,聚并的颗粒体积越小。