油气管道承担着我国石油等能源的运输工作,近年来,随着国家社会经济的快速发展,管道在国民经济发展过程中占据着越来越重要的地位。但是油气管道通常需要穿过环境比较恶劣的地区,在水流等多种条件作用下,管道周围容易发生局部冲刷导致管道附近形成冲刷坑,管道的基础埋深不断减小,致使管道出现悬空,进而有可能造成管道的损坏,甚至造成生命和财产的损失,对公共安全和社会经济的发展存在着很大的隐患。因此研究管道周围的流场特性、冲刷坑出现的位置和冲刷坑深度具有重要的意义。本文采用物理模型试验和计算流体动力学(CFD)相结合的方法,对管道周围流场的运动特性及冲刷坑的发展过程进行了数值模拟。论文的主要研究内容如下:(1)搭建试验装置,开展物理模型试验研究,得到了管道中心线竖直面上X方向速度的分布规律。(2)基于计算流体动力学原理,采用FLOW-3D建立了管道周围局部冲刷的定床三维数值模型,将数值计算得到的水流速度分布与物理模型试验得到的结果进行了对比;针对不同时刻、不同流速和不同埋深条件,对管道周围的流速特性、压力特征、湍动能和床面剪切应力分布情况进行了数值计算,可以看到管道绕流、沿管道向下加速流动的下降流和管道前方的壅水,并且管道前后的漩涡体系也能较好的模拟出来,同时可以看出管道前后压差较大。(3)基于计算流体动力学原理,考虑水流-管道-泥沙颗粒相互作用,采用FLOW-3D软件建立了管道周围局部冲刷的动床三维数值模型,对管道周围局部冲刷机理进行了数值模拟分析,直观的展现了管道周围冲刷坑的形成过程、冲刷坑形态及冲刷坑最大深度,实现了管道周围局部冲刷全过程的动态可视化模拟,并对冲刷坑的形成原因做了理论分析。(4)总结国内外学者对管道局部冲刷的研究成果,重点分析了来流流速、泥沙颗粒粒径、初始水深、管道直径和管道埋深等五种因素对管道冲刷规律的影响。