环状流流型分析与管道内颗粒侵蚀预测是海洋油气开发流动保障技术极为关注的两个问题。气液环状流的物相分布与力学特性直接影响油气混输管道的输送效率与结构稳定；固体颗粒对管线中各部件的侵蚀破坏则影响管线的完整性，进而妨碍油气输送的安全进行。因此对以上两个问题进行深入研究具有重要的工程意义和学术价值。本文以概率分析为基础，分别建立了适用于海洋油气开发的环状流与颗粒侵蚀的机理模型。　　首先，建立了针对管道内湍流场全新的描述方法及其与之相适应的颗粒跟踪方法。使用概率分析的方法研究管道内湍流流场的随机性变化规律，将某一流场指标在时间与空间上的概率分布定义为该指标的概率场。以湍流能量耗散理论与实验数据为基础，求解出定常湍流场中涡旋尺度、涡旋寿命与涡旋速度的概率场。通过分析颗粒在不同尺度涡旋中的运动规律，求解出颗粒脉动速度与脉动距离的概率场。基于管道内颗粒径向脉动距离概率场与空间分布规律，跟踪单个颗粒的近壁行为与返回过程。将颗粒的径向运动看作马尔科夫过程，推导出颗粒的轴向运动不受撞壁过程影响，轴向运动速度可以无限接近于管道内流体输送速度。将概率场与颗粒跟踪方法施用于环状流流型分析与颗粒侵蚀估算，即可建立适用于这两种工程问题的概率模型。　　其次，以概率分析为基础建立了管道内气液环状流的概率模型，并考察不同参数对各特征指标的影响。通过跟踪液相雾化过程，以涡旋特征尺度的概率场与能量转化关系为基础，计算特定尺度液滴的生成速率；通过求解液滴脉动距离的概率场与空间分布规律，跟踪中央气芯区液滴的返回过程，计算特定尺度液滴的消亡速率；当环状流达到动态平衡后，任意尺度液滴的生成速率与消亡速率相等，通过待定系数法可以得到反映液滴生灭过程的关系式。之后结合气液两相的动量与质量守恒方程，建立气液环状流方程组求解该流型各特征指标。概率模型通过计算相应随机事件的发生概率求解环状流的比率性指标，通过计算相关物理量的统计平均值计算环状流的形态指标。通过与实验数据对比，环状流概率模型在大多数情况下可以较为精确地预测液相雾化比率、液相雾化速率、液膜厚度、相间切应力与索特尔平均粒径。以概率分析为基础，通过计算液滴与液滴之间、液滴与涡旋之间的相互作用，考察破碎融合过程对液滴粒径分布的影响。此外，通过分析液膜厚度与雾化比率的制约关系，证明雾化比率不会无限制增加，液膜厚度不会为零；通过分析相间切应力形成的微观机理，证明切应力系数为液膜厚度的一次函数；通过跟踪液滴的生灭过程，证明液滴粒径分布为准伽马分布。　　最后，以概率分析为基础建立管道内颗粒侵蚀的概率模型，并考察各参数对侵蚀结果的影响。长直管道内的颗粒侵蚀主要由湍流流场引发的颗粒脉动速度造成，通过分析颗粒在管道内的空间分布与径向脉动，并结合颗粒冲蚀公式计算单个颗粒对长直管道的侵蚀破坏，进而求解大规模颗粒对管道的整体损伤效果。气相弯头的颗粒侵蚀主要由颗粒直接碰撞造成，液相弯头中的颗粒侵蚀则由颗粒直接碰撞与颗粒脉动碰撞共同作用引起。通过建立气相弯头中颗粒碰撞点与入射点的对应关系，结合颗粒在管道内的分布规律与冲蚀公式，计算单个颗粒对气相弯头不同部位的侵蚀破坏，进而求解大规模颗粒对气相弯头的整体损伤。颗粒在液相弯头中的运动可以分解为在平行于弯头对称面内的二维确定性运动和垂直于该平面的一维随机运动，结合颗粒冲蚀公式计算单个颗粒对液相弯头的侵蚀破坏，进而可求解大规模颗粒对液相弯头的整体损伤。通过与已有实验数据的对比，概率侵蚀模型能够较好地预测长直管道与气相弯头中的颗粒侵蚀，但对液相弯头中颗粒侵蚀的预测结果稍大于实验数据。