疏浚工程广泛应用于港口和航道建设、水利设施建设、环境治理保护疏浚、填海造陆、海底隧道开挖和深海采矿等方面。开挖出物料的运输是疏浚施工中至关重要的一环,以管道泵送固液混合浆体的方式因其高效性和环境友好性等优点,成为疏浚工程中最常见的输送方式。颗粒在输泥管道中的运动状态以及对应流态下的动力学特性影响着物料输送的安全性和高效性,特别涉及到异形颗粒等复杂疏浚物也一直是研究的热点。基于此,本文使用CFD-DEM耦合计算方法,对水平管道内多种不同形状颗粒泥浆的流动特性、管道截面浓度分布和颗粒的动力学特性进行研究。本文主要的研究内容如下:(1)本文将泥浆中细颗粒与水混合成的浆体看作连续体,而将泥浆中所携带的粗颗粒看作离散相。采取计算流体力学(CFD)方法对流场相关特性进行求解,根据离散单元方法(DEM)对固体颗粒之间的运动受力情况进行分析,固液两相通过耦合力进行质量、动量和能量等相关特性的信息交互,建立CFD-DEM耦合计算模型。并将仿真所得数据与文献中实验数据进行比较,确定模型中的关键参数,验证耦合模型的准确性。(2)使用CFD-DEM模型对水平直管中泥浆(海水-泥沙)流动状态进行仿真研究,依据DHLLDV理论得到的流态转变临界速度分别对管道内球形颗粒、饼形颗粒和条形颗粒泥浆进行三维模拟,分析颗粒流态变化过程。(3)在上述流态特性分析基础上考察管道内充分发展段颗粒体积分数在横截面上的分布,颗粒在不同位置处相互作用力和沉降速度的变化规律,从微观和宏观两方面综合考虑颗粒形状和流动状态对相关动力学特性的影响,同时分析管内颗粒流态稳定性及其对混合浆体流动的影响。(4)为进一步贴近实际工况,将上述研究中三种形状不同的颗粒均匀混合,通过分析混合浆体在管道中的流态表征以及颗粒间相互力、颗粒数量和速度分布等,得到形状对相关参数产生的影响,并据此探索保证施工安全和提高泥沙输送效率的调控策略。