颗粒污染物在油液中的运动特征和变化趋势对用油设备的安全运行具有重要的意义,而油液和颗粒污染物的运动是比较典型的稀疏液固两相流的湍流流动。因此,本文以水平方管内变压器油中的颗粒污染物为研究对象,利用随机轨道模型构建了油中颗粒污染物的动力学方程组,分析了颗粒污染物的运动特征;再采用激光多普勒测速技术(Laser Doppler Velocimetry,LDV)和粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)分别对含单一颗粒污染物(Cu颗粒)、多种颗粒污染物(Cu、Fe、SiO2颗粒)的油样进行了实验研究,获取了油中颗粒污染物的动态特征,为有效掌握油液的污染状态和发展趋势奠定坚实的基础。首先,基于Euler-Lagrange方法、Realizable k-?湍流模型和随机轨道模型建立了含颗粒污染物的油液动力学方程组,主要考虑颗粒污染物所受到的重力、曳力和Saffman升力,对颗粒污染物进行了受力分析,同时使用Fouier级数对合力进行随机处理。通过仿真模拟获得了油中颗粒污染物的运动特征,仿真模拟结果表明颗粒污染物浓度的分布主要受油液主流束、涡流作用和颗粒沉降的影响;颗粒污染物在流场中的运动状态影响流场的湍流情况,污染度等级越高时流场的瞬时速度也随之增大;油液初始速度变大时,流场的轴向和径向瞬时速度也随之增大。其次,应用激光多普勒测速技术实验研究了水平方管中单一颗粒污染物的速度分布,针对激光多普勒测速仪原有的颗粒瞬时速度分析处理方法的不足,提出一种新的颗粒瞬时速度分析处理方法,利用该方法分析了不同污染度等级时颗粒污染物的瞬时速度、平均速度的分布规律。然后根据LDV的实验研究结果,利用粒子图像测速技术对水平方管内油液中多种颗粒污染物的速度分布进行了实验研究,利用MATLAB软件对PIV采集的颗粒污染物图像进行数据处理,获取了不同污染度等级时油液中颗粒污染物的瞬时速度、平均速度沿轴向距离和径向距离的分布特征,以及水平方管的管路始端、管路中段和管路末端的颗粒湍动能和湍流耗散率沿距离变化的湍流情况,结果表明颗粒污染物的瞬时速度、平均速度分布特征主要受油液主流束、涡流卷吸作用和颗粒沉降三方面的影响。最后结合仿真模拟结果与实验研究结果的对比分析,两者的颗粒轴向平均速度的整体变化趋势较为一致,较好地验证了建立的随机轨道模型能够模拟水平方管内颗粒污染物在油液中的实际湍流情况,能够更加充分地表达油液产生的涡流对颗粒污染物的湍流作用和颗粒污染物对油液的影响,可以有效获取颗粒污染物在油液中迁移的速度、轨迹、浓度分布等情况,为实时掌握油液的污染状态奠定了基础。