长期服役的油气管道内部会产生杂质沉积、腐蚀等现象,需定期对其进行清洁和检测作业。清管器是目前最为经济高效的油气管道清洁和内检测工具,其在管道内的运行受到管壁和流体介质的共同作用,其运动、变形复杂,影响因素众多。由于清管器运行环境恶劣,清管和检测操作存在极高的风险,卡堵事故时常发生,严重影响正常的输送作业,造成巨大的经济损失。目前相关研究大多只单一考虑清管器与管道之间的接触摩擦特性或清管器工作区域流场分布特性,未考虑流固耦合作用对清管器力学行为的影响。为进一步明确流固耦合作用对清管器力学行为的影响,尤其针对发球过程等复杂工况,本文开展了以下工作:1.考虑材料、几何、接触非线性问题,基于有限元方法建立了不考虑流体作用的非流固耦合模型,搭建牵拉实验平台,验证了模型准确性,为流固耦合分析奠定基础。在此基础上,分析了清管器与管道间接触摩擦特性,进而基于接触摩擦特性分析开展不同类型清管器的清洁能力评价,并开展了相应的现场试验验证。2.首先对耦合的欧拉-拉格朗日方法的基本原理进行了阐述,在非流固耦合模型的准确性得到验证的基础上,引入流体作用,采用CEL方法建立清管器在管道中运行的流固耦合模型,并对流固耦合模型的准确性进行讨论。在此基础上,对清管器在流固耦合作用下的运动、受力情况进行分析,指出了流固耦合作用下各参数与非流固耦合模型的差异,并基于流固耦合分析对清管器驱动力预测模型进行了修正。3.在流固耦合模型的基础上进行适当简化,针对不同类型清管器分别建立不同工况相下的流固耦合模型和非流固耦合模型,对清管器运动状态、接触摩擦特性、变形情况开展对比分析,进而明确流固耦合作用对清管器力学行为的影响。4.在明确流固耦合作用对清管器力学行为影响显著,不可忽略的基础上,采用CEL方法建立清管器发球过程的流固耦合模型。分析了发球过程中流场的分布特性和清管器的力学行为,进而开展了影响因素分析。根据工程中事故分析,采用层次分析法开展不同工况下清管器发球过程的卡堵风险评价,为工程实际应用提供科学指导。