海洋油气资源为世界油气资源的主要接替区域。海洋区域,特别是深海区域油气资源丰富,是世界各国研究人员和机构重点研究的方向。近年来,深海天然气水合物矿藏的探索与开发得到了越来越多国家的高度关注。据勘探估计,全球天然气水合物的储量相当于现已知含碳化合物的两倍,而其中约有95%存在于深海区域。因此,对深海水合物的成功开采能够有效的缓解世界能源问题。在海洋油气资源,特别是水合物矿藏的开发和管道输送时,海底高压低温的环境极易出现天然气水合物浆液的流动。因此,深海天然气水合物浆液流动特性的研究对深海油气开发以及天然气水合物的开采有着重要意义。本文通过实验研究和数值模拟相结合的方式,在传统的欧拉-欧拉双流体模型的基础上,引入了基于水合物颗粒聚集动力学模型的群体相平衡模型对水合物浆液管内流动进行了模拟,并对深水管道中的天然气水合物浆液流动特性进行研究分析。研究了在不同工况下水合物浆液的浓度分布、粒径分布、压降特性等宏观流动特性,并通过自主设计的高压搅拌水合物反应釜系统对水合物浆液流动分解的特性进行研究,分析了在深水水合物浆液输送过程中水合物颗粒分解的微观动力学特性等。研究结果表面,深水水合物浆液在竖直管内流动时,水合物浆液的浓度以及粒径在整个截面上是均匀对称分布的,且近壁面处水合物颗粒粒径及粒径变化梯度较大,管道中部水合物颗粒较小且较为均匀;当管道的倾角减小直至水平的不同状态时,管道的倾斜角度越大,水合物的粒径分布越均匀,并且聚集形成大的水合物颗粒的可能性越小,当水合物浆液由水平管流入竖直弯管时,由于水合物浆液的流动剪切作用增大,水合物颗粒粒径会增大,且呈现出凹侧粒径较大而凸侧粒径较小的分布状况;当水合物浆液在竖直管内流动时,浓度也为近壁面水合物浓度高,管中心水合物浓度较低且较为均匀,且水合物浆液输送的单位压降随着流速和浓度的增大而增大,随着初始粒径的增大而减小;水合物浆液在倾斜角度不同的管道中输送时,与粒径分布相似,较大的管道倾角有利于水合物浓度的均匀分布,有利于水合物的安全运输,且管道倾斜角度越大,水合物浆液输送的单位压降越小。当水合物浆液由水平管流入竖直弯管时,在惯性力和离心力的作用下会使水合物浓度的不均匀性增大。特别是竖直弯管底部部分容易出现水合物的堆积,不利于水合物浆液的安全输送。在本文的研究中,当环境条件改变至分解条件时,水合物浆液流动分解的水合物颗粒类型主要分为三种:碎粒状水合物颗粒、片状水合物颗粒和块垒状水合物颗粒。碎粒装水合物颗粒来自自然生成和大的水合物颗粒破碎形成,其有较大的相对换热面积,分解速度较快。片状水合物颗粒分为薯片状和雪花状两种,其颗粒都较大,但厚度较薄。其分解过程存在着分解和破碎两种形式。块垒状水合物颗粒较大且厚度较厚,有着很强的稳定性和自保护性。因此块垒状水合物颗粒的分解过程也最长。其分解过程往往也是伴随着水合物颗粒的不断破碎。