至今，油气管道长度在全世界范围内已经超过250万公里，其中我国油气管道总长度为7.7万公里。管道建设的兴旺使得泄漏检测技术备受关注。针对国内外管道输运中急需解决的微小泄漏检测及高精度定位这个难题，本课题创新地提出了一种球形管道内检测器，它搭载多种传感器，随流体一起运动，沿途采集各种信息，确定微小泄漏的存在并实现精确定位。针对球形管道内检测器的内部空间需求和外部环境要求，本文提出了法兰式机械结构：由内球壳和外球壳两部分法兰式连接组成。这种结构的优点在于对应于不同管径，只需替换相应尺寸的球壳，缩短加工周期，提高互换性。检测器球体内部采用凸台结构固定电路板及电源模块；上下球壳采用法兰结构固定，O型圈平面密封形式密封，此结构装配简单，密封性能好。同时采用nSimulationXpress对球壳耐压性能做了相关应力分析，获得最佳壁厚为10mm。针对加工后的机械体进行了打压实验。实验结束后，球壳表面未出现任何变形、裂纹等，球体未有任何泄漏，证明了密封和耐压设计的可靠性。球形管道内检测器的稳定运行是泄漏检测的重要前提。本文研究了球形管道内检测器在流体作用下的力学模型，并指导优化其结构设计。不同半径检测器在同一管道内的流场数值模拟结果表明：随着球壳半径的增加，球体所受流体推力和转矩也不断增加；球径在130mm附近时，所受转矩比较稳定。同时用三维网格验证了二维流场模拟的正确性。在廊坊进行的管道实验，表明球形检测器可以顺利通过弯管道、倾斜管道、竖直管道抵达出口，不发生卡死、泄漏且运动姿态稳定。机械结构是球形检测器的载体，流力学分析为管道内复杂的工作环境提供了准确的数值模拟，实验结果表明了机械结构密封性能、耐压性能、内部结构布局良好，运动姿态稳定，这些均为微小泄漏的精确定位奠定了基础。