摘要：天然气水合物是具有巨大研究效益的新型清洁能源。针对目前对水合物绞吸式开采研究很少而对垂直硬管的水力提升研究尚未开始,本文以海底天然气水合物绞吸式开采系统中最重要部件之一的4000m垂直管道为研究对象,采用理论建模与计算流体力学仿真相结合的方法研究了结构、流场和矿物固有参数对管内流态及系统设计参数的影响。本文主要研究的内容和结论如下：首先介绍了海底天然气水合物绞吸式开采系统的总体结构和工作原理,分析4000m垂直管道涉及的结构、流场和矿物固有参数以及系统扬程和功率。然后用FLUENT软件中相应的计算流体力学湍流模型对管内固液两相流进行流场仿真分析,得到了管径与流量、浆体流速、矿物密度、颗粒粒径和体积浓度对流场和压力损失的影响规律,并以能耗最小为目标进行优化分析,继而分析了各参数对能耗的敏感度；通过管道中压力分布建立了天然气水合物分解有关参数与海深的函数关系,得到了结构、流场与矿物固有参数对天然气水合物分解临界面和分解有关参数的影响规律,用FLUENT软件以天然气水合物分解有关参数为气相边界条件对管内固液气三相流进行仿真分析,得到各相分布和速度的分布,并分析了气相的产生对扬程和功率的影响。最后,通过垂直管道的颗粒沉降速度实验,验证最小提升速度选取的可行性与正确性。