我国原油大多具有高凝高粘高含蜡的“三高”特点,需要加热集输。原油的含蜡量高导致井筒及集输管道壁面结蜡,一般采用停井热洗的方法清除。如何在保证安全生产的前提下,节约加热集输能耗和提高热洗清蜡效率,是油气集输系统运行管理的关键。原油被加热时其相变的组分主要是其中的石蜡,因此掺热水集输原油和热洗清蜡,都涉及石蜡水中熔化问题。对熔化过程进行调控,提高熔化速率,需要揭示这一过程的传热与流动特性。集输管道中胶凝原油及石蜡熔化是相变传热及多相流领域的重要问题,对其开展深入研究不仅具有理论价值,还对石油、石化及建筑等多个领域的节能降耗有重要的指导意义。本文采用实验研究、理论研究及数值研究相结合的方法,开展集输管道中石蜡熔化及流动特性研究。通过宏观和微观尺度实验研究石蜡熔化时的区域划分方法和依据,建立能够描述相变潜热与液相率之间非线性特征的数学模型。在代表单元体积（REV）尺度模拟约束边界内石蜡熔化过程,通过尺度关联在宏观尺度下开展石蜡熔化及流动特性数值研究。通过方腔石蜡熔化可视化实验,确定了石蜡熔化过程中存在固相区、模糊区和液相区,利用数字图片及红外热像图追踪相界面的移动过程;借助显微实验拍摄不同温度下模糊区中孔隙结构的演化过程,揭示了模糊区存在多孔介质区和多相流区两个区域。根据偏光显微（POM）图片捕捉到固态蜡晶与液态石蜡之间连续相与离散相的转变关系,对POM图片进行统计学分析,给出实验条件下多孔介质区向多相流区转变的临界液相率。研究结果表明,按照液相率由高到低的顺序,石蜡熔化过程分为液相区、多相流区、多孔介质区和固相区等四个区域。定义了能够体现熔化潜热与温度之间非线性关系的区间相变热,根据差示量热法的DSC（Differential scanning calorimeter）曲线拟合区间相变热随温度的变化关系;利用气相色谱法确定石蜡的碳数组成,获取液相率随温度演化的函数关系。根据熔化区域划分结果,考虑熔化潜热随液相率的非线性关系,在REV尺度下建立了适用于各区域的相变热-多孔介质模型。建立约束边界内混合物熔化的格子Boltzmann模型（LBM）,研究多孔介质方腔内熔化特性。应用LBM的双分布模型（DDF-LBM）从介观尺度求解相变热-多孔介质模型,依据方腔自然对流的基准解验证DDF-LBM求解的准确性,并结合方腔内石蜡熔化可视化实验结果,验证相变热-多孔介质模型对于移动相界面追踪及液相率预测的正确性。结果表明,可视化实验与数值计算的液相率结果的最大相对误差为8.40%,平均相对误差为3.72%。在此基础上开展不同Pr数、Ra数、相变半径及平均相变温度下的方腔内石蜡熔化的数值研究,结合数值结果分析熔化行为特性关于各影响因素的敏感性。研究结果表明,熔化过程的持续时间关于Pr数最敏感;熔化终态时的平均无量纲温度关于Ra数最敏感;液相分数关于平均相变温度最敏感;模糊区体积分数则关于相变半径最敏感。以物性参数为桥梁,通过尺度关联,建立了流体体积（VOF）耦合相变热-多孔介质模型,通过实验验证模型的准确性,开展集输管道中石蜡熔化及流动特性研究。模拟石蜡在自然对流与强制对流条件下熔化及熔化后的流动过程,分析水温、石蜡球尺寸、石蜡初温及水的流速对石蜡球中心温度和液相率的影响。基于数值研究结果,将熔化阶段划分为非正规熔化阶段和正规熔化阶段,并利用无量纲分析,提出了两种不同流场条件下熔化过程无量纲时间Fo数关于Ste数、Ra数、Rep数及过冷度Ci的关联式。研究胶凝原油在水中的熔化与流动特性,提出了胶凝原油水中熔化无量纲时间的计算关联式,分析不同Bo数和We数对两相流动行为的影响。研究表明,界面张力是影响液滴断裂和形变的关键因素,当界面张力超过临界值后,液滴在连续相流场中不仅变形度明显减小,而且不会发生断裂现象,可以通过表面活性剂在较大范围内有效调控两相流动特性。本文的研究致力于复现和刻画石蜡水中熔化及流动特性,研究方法可为石油、化工及建筑等领域中混合物的相变熔化及流动问题提供借鉴;研究成果可为科学制定原油集输和清蜡方案,保障安全输送提供理论依据及技术支持。