油气水多相流广泛存在于石油工业中，由于管内多相流动的复杂性，迄今为止还没有完全成熟的理论模型，研究结果具有一定的局限性。油水两相流研究是油气水多相流研究的基础，油水两相分散流是油水两相流中一种重要的流型，主要特点是分散相以一定的液滴粒径及其分布分散在连续相中。液滴的大小、数量、相界面浓度及其分布会对油水混合粘度、管道压降等产生重要影响，终端油水分离设备的设计也依赖于油水粒径及其分布数据，因此，建立更为精确的油水两相流模型具有十分重要的意义。建立和完善了可控温油水两相流实验环道和多相流实验环道，自制了等动量取样装置，采用高速摄像、激光粒度仪和显微照相与等动量取样装置配合三种方法，通过在线和取样两种方式获取了油水两相流中液滴粒径数据。采用三种不同粘度的白油和一种原油共四种油品和水作为实验介质，通过改变温度、流量、相含率等流动参数，对不同工况下油水两相分散流液滴粒径及其分布和压降规律等进行了研究，探索了油水界面微观特征及其对宏观流动特性的影响。实验研究了油水混相进入管道时分散流液滴粒径分布及特性，获得了W/O型和O/W型分散流液滴粒径的分布规律。实验结果表明，Frechet分布均能较好的描述实验获得的粒径分布规律，部分工况下Frechet分布要优于Log-Normal分布，Normal分布则不能表征本实验数据的变化规律。混合流量、温度、相含率、油品物性和表面活性剂等多种因素影响液滴粒径的分布和特性，液滴粒径随着混合流量的增大和油品粘度的升高呈现出减小的趋势，随着温度和相含率的升高呈现出增大趋势；表面活性剂的存在对液滴粒径的大小、分布和稳定性有重要影响。通过实验和理论分析探索了液滴形成过程、形成机理和形成稳定液滴的平衡时间。研究发现，液滴破碎时间约为8~20ms，破碎频率约为25~62.5Hz，聚合的时间约为2ms。油水混相进入管道形成稳定液滴的平衡时间远大于油水分相进入管道的情况，泵的转速越大，平衡时间越短。基于湍流脉动动能与乳状液的界面能之间的能量平衡，考虑管流径向速度脉动与摩擦速度之间的关系和泵的剪切作用，建立了油水两相管流中分散相液滴Sauter平均直径预测模型。预测模型计算结果与多组实验数据进行了对比，吻合较好。预测模型也预测了只有管道剪切作用下的液滴粒径，比在有泵作用时的Sauter平均直径大10~100倍左右，泵的剪切和扰动作用使液滴粒径更小，对液滴粒径及其分布有显著作用。比较大、小两套环道实验数据发现，油水注入方式不同，分散流流型边界不同。油水混相进入环道时，分散流的范围扩大。采用FLUENT模拟了管内的油水截面相分布，随着流量的增大，截面相分布趋于均匀。压降梯度受含油率、混合流量、温度、油品粘度和表面活性剂等多种因素影响。随混合流量和外相粘度的增大，压降梯度增大；随温度升高，压降梯度基本呈减小趋势。含油率不同、是否存在表面活性剂，都会影响压降梯度，液滴粒径和数量对压降梯度也有一定影响。并根据实验数据讨论了含油率、混合流量和温度对管内油水混合粘度的影响。油水相界面微观特征会影响压降梯度和油水混合粘度等宏观特性，随相界面浓度、界面能的增大，压降梯度呈增大趋势。关联实验数据得到了包含有油水界面浓度的油水混合粘度关系式，在不同工况下，公式预测值与实验值吻合较好。本研究首次提出了油水界面浓度与油水混合粘度的定量关系，较明确的给出了油水界面微观特征对宏观流动特性的影响，对油水两相分散流预测模型建立、流动特性的研究和实际生产运行具有一定指导意义。