长输天然气管道中的酸性气体与游离水的作用会腐蚀无涂层的管材,生成大量黑粉。黑粉一般散落于管道内或者粘附于管壁上,它的存在会加速管道的腐蚀、阻塞阀门、减少流通有效面积,甚至损坏管道终端的燃料供应装置。现有的黑粉清除方法效率低、风险高、价格昂贵,因此研究高效清除管道黑粉的方法对于管道安全运营有重要意义。基于射流清管的工作原理,设计了将皮碗的刮削作用与喷嘴的冲击作用结合的带有旁通的射流清管器,实现射流功能的喷嘴采用文丘里主喷嘴与八个侧喷嘴相结合的形式。在直板清管器运动模型的基础上建立了射流清管器运动模型,可初步理解其运动特征。将计算流体力学方法与实际气体模型结合,对清管器射流过程进行仿真分析。改变主喷嘴中扩散角、扩散长度、水平段直径、水平段长度的参数组合以及侧喷嘴中喷射角、侧喷嘴直径的参数组合,以流场中流速和湍流动能为依据,确定了具有最佳射流效果的喷嘴结构,完成清管器结构参数优化工作。利用多相流模型动态模拟射流清管器清除黑粉的过程,改变管道压力、黑粉颗粒直径、黑粉堆积浓度和高度等环境参数,分析影响黑粉清理效率的因素,根据仿真结果计算出黑粉的迁移速度与清管器的运行速度进行对比,验证射流清管的可行性。利用离散相模型,考虑固体与气体的耦合作用,追踪不同直径的黑粉的轨迹,分析黑粉在水平方向和竖直方向的运动情况,得到不同粒径的黑粉在管道内的扩散规律。