冰浆是一种含有大量悬浮冰晶颗粒的固-液相变浆体,具有高蓄冷密度、良好的流动性等特点。冰浆的输运系统能否安全平稳的运行对冰浆的应用有着至关重要的作用,而冰浆输运系统中的弯管、阀门等局部组件是冰浆在输运过程中形成冰堵的高发位置。研究冰浆在局部组件中的流动特性对于冰浆输运系统的安全输运与预防冰堵至关重要。所以,本文以冰浆作为研究对象,通过实验研究与数值模拟研究相结合的方法,对其在输运系统局部组件中的典型代表90°水平弯管中的非均匀流动特性进行了分析研究。首先,建立CFD-PBM耦合模型,主要包括选择合适的多相流模型、颗粒动力学模型、相间作用力模型与湍流模型。同时,考虑集聚与破碎两个冰晶动力学过程,用以描述冰晶颗粒的粒径尺寸与演化规律。并建立90°弯管的物理模型,为便于分析研究,将90°弯管分为入口端、弯头处与出口端三个部分。并使用网格收敛指数法(GCI)验证网格独立性。然后,使用冰浆制备与控制及测试实验平台,通过改变冰浆速度与含冰率,对冰浆流动压降进行了实验测量与研究分析。同时,还将冰浆实验数据与相同条件下的模拟数据进行对比分析,验证了所建立的CFD-PBM耦合模型的可靠性。最后,对冰浆在90°水平弯管的非均匀流动特性进行了模拟研究,并对其在弯管入口端、弯头处与出口端的冰浆流动压降、速度、冰晶体积分数、冰晶颗粒的平均粒径进行了详细的分析。结果表明:(1)冰浆在流动时的压强受到冰浆入口速度的影响远大于入口含冰率的影响。并且冰浆在90°弯管中的整个流动过程,管道上半部的冰晶体积分数在整体上要大于管道下半部。冰晶颗粒的平均粒径也在弯管上半部较高,且最大值均出现在弯管上半部。(2)冰浆在流入弯头处后,会产生环向速度,并逐渐形成二次流。同时,冰浆的环向速度会逐渐形成两个明显的涡团。从而使主流区的冰浆向弯头外壁流动,上下壁面附近的冰浆为保持流动的连续性向弯头内壁补充。(3)由二次流产生的湍流扰动作用,一方面会使冰晶体积分数分布的更加均匀,另一方面还会增强较大冰晶颗粒的破碎效应与较小冰晶颗粒间的集聚效应。所以冰浆在流经90°弯管后,冰晶体积分数分布会更加均匀,且冰晶颗粒的平均粒径相较流经90°弯管前会整体增大。(4)在离心力与二次流的综合作用下,冰晶颗粒会在弯头内侧集聚,使冰晶体积分数与冰晶颗粒的平均粒径增大,容易出现冰堵,从而对冰浆的输运过程造成不利的影响。并且,冰浆入口速度与含冰率的增大均会提高冰浆在弯头处形成冰堵的可能性。