颗粒沉降现象在自然界中普遍存在,具有广泛的工程应用背景,如泥沙运移、岩屑在钻井液中的运动、出砂油井在采油过程中的沉砂等。无论从工程应用价值或基础研究的角度,对颗粒与颗粒、颗粒与流体的相互作用机理进行研究都有重大意义。本文通过实验研究了颗粒在圆管内牛顿流体中的沉降规律,为颗粒沉降理论规律的工程应用提供参考和依据。本文通过一套可视性好、精度高的实验设备,在圆管内的牛顿流体中进行单颗粒和双颗粒沉降实验。圆管分为无内杆和有内杆两种情况,在无内杆条件下,实验工况分为流体静止和流体流动两种;在有内杆条件下,实验工况分为有杆静止和有杆旋转两种。首先通过改变单颗粒的粒径、流体流速以及内杆转速等参数,得到单颗粒在牛顿流体中不同沉降位置时的沉降速度,总结出在不同参数影响下单颗粒沉降速度变化规律;其次,通过改变上方追踪颗粒和下方引导颗粒的粒径、两颗粒初始释放间距等参数,在圆管内对竖直排列的球形双颗粒进行实验研究,得到上方追踪颗粒在不同沉降位置时的沉降速度,与单颗粒沉降速度进行对比总结出下方引导颗粒对上方追踪颗粒沉降速度的影响规律。实验结果表明:对于单颗粒沉降实验而言,在圆管内流体流速会使颗粒所受阻力增大,从而导致颗粒沉降速度小于其在流体静止工况下的沉降速度;在内杆静止工况下,颗粒与壁面间的距离缩小,受壁面效应的影响,颗粒沉降速度与无杆流体静止工况下的颗粒沉降速度相比有所减小;在内杆旋转工况下,随着转速的增加,颗粒会做绕杆运动,大粒径颗粒在沉降过程中会发生偏移和轻微的摆动,出现绕杆运动较少;小粒径颗粒会因转速的增加而发生剧烈的绕杆运动,在沉降过程中摆动浮动较大。在双颗粒沉降过程中,下方引导颗粒使追踪颗粒所受到的流体阻力减小,追踪颗粒的沉降速度大于其单颗粒沉降时的速度,当增大颗粒粒径或减小两颗粒初始间距时,颗粒间的相互作用会更强烈,追踪颗粒沉降速度增加幅度更大;随着两颗粒初始间距的增加,上方追踪颗粒的阻力系数逐渐增大,逐渐接近其单颗粒沉降时的阻力系数;两颗粒初始间距越小,引导颗粒尾流对上方颗粒的作用就越强烈,当初始间距超过临界值时,下方引导颗粒对上方追踪颗粒不再有影响,追踪颗粒的沉降速度接近于其单独沉降时的速度。当引导颗粒为小粒径颗粒时,大颗粒由于重力因素会反超小颗粒继续沉降,两颗粒间的相互作用逐渐减弱;固定两颗粒初始间距不变,随着转速的增加,下方引导颗粒对上方追踪颗粒具有影响作用的初始间距逐渐缩短。