截至目前，关于低温两相流流型、压降和传热的研究主要集中在直管中。随着紧凑式换热器等高效换热器的出现和使用，管路系统主要由U型管构成，具体包括直管和180o回转型弯道。然而，关于回转型弯道给管内两相流流型、压降和传热带来的影响研究却很少。当单相流体经过回转型弯道时，由于离心力和横截面上的压力差作用，在与主流轴线相垂直的横截面上形成二次流。当有密度差别的气/汽液两相流经过回转弯道时，弯道改变两相的流体行为，影响两相的相分布，进而影响U型管甚至是整个换热器的传热方式和压降计算方法。显然地，进行回转型弯道对U型管内两相流流型、压降与传热的影响研究是迫切而又重要的。本文首先采用高速摄像机，分别对绝热和有换热情况下的U型管管内气/汽液两相流流型进行了可视化研究。绝热U型管采用的介质是常温的氮气-水混合物，有换热U型管流动指的是管内液氮与管外热氮气换热而进行的沸腾流动。可视化研究得到，在绝热情况下，回转型弯道改变来流氮气-水混合物的流型，主要表现为对气泡的聚合和对气泡/气柱的分离。采用上、下游直管中两相流流型组合形式对回转型弯道给流型带来影响进行宏观描述，分别给出了正U型和倒U型管内氮气-水混合物流型图，并讨论了曲率比对流型及其转变的影响。在有换热情况下，正U和倒U型管内液氮沸腾流动只观察到了两种流型：中心夹带液滴的液膜降落环状流和紊乱搅拌流。由于回转型弯道对流向的改变，这两种流型在上、下游直管中相互转换。通过对绝热和换热情况下的回转型弯道比较发现，正U型管内氮气-水混合物与液氮沸腾流动时的气/汽液两相流流体行为具有相似性：回转弯道内侧壁面经常暴露在气/汽相当中。其次通过数值模拟的方法，对液氮在U型/多U型管中的流动与传热进行了分析。数值分析发现，单相液氮在U型管中流动时，上游直管中流体横向运动几乎没有，回转型弯道内诱发产生Dean对涡，下游直管中Dean对涡逐渐衰减成单涡。本文提出了平面涡量强度Z，对Dean对涡在下游直管中延续的过程进行了量化。文中阐述并论证了Z作为量化和判定下游直管受其上游回转型弯道影响的管程长度指标和标准具有三大优势：排除热流密度的影响；与雷诺数的协同性；反应不同曲率比带来的差异性。数值分析还发现，流体温度在上游直管中形成管中心低(冷的核心)靠近管壁四周高的温度分布，在回转型弯道内被二次流重构，冷的核心流向管外侧，温度高的流体则在管内侧，在下游直管中，管中心低管壁四周高的流体温度分布形式逐渐得到恢复。壁面温度在回转型弯道内有明显的下降，且其周向分布存在明显温差。换热系数在回转型弯道出口处附近达到最大，且回转型弯道对整个U型管的传热贡献明显。单相液氮在多U/W型管中流动时，速度场、流体温度、壁面温度和传热特性的沿程变化与单U型管中的类似，且在回转型弯道及其下游直管中进行了周期性延续。采用了两流体模型和合适的封闭方程，对竖直U型管内液氮沸腾流动与传热进行了数值分析。发现U型管内沿程温度场和含气率分布都受速度场的影响。还发现在回转型弯道内侧壁面附近汽相容易积聚并形成局部干涸。由于回转型弯道诱发的二次流和浮力的共同作用，一方面使内侧壁面处生成的汽泡只能维持在内侧壁面附近处，不向管中心及外侧输运；另一方面二次流还将外侧壁面沸腾产生的汽泡输运至回转型弯道内侧壁面附近，从而形成了内侧壁面附近汽相积聚。待流体进入下游直管中时，二次流强度的衰减以及消失，管内两相分布又重新回到“管中心几乎不分布汽相，靠近管壁四周均匀分布汽相”的形式。最后对6根不同型式的U型管管内液氮流动/沸腾流动时的压降与传热特性进行了实验研究。研究结果表明，回转型弯道对下游直管段压降的影响不可忽略。本文提出了单相流动下U型管新的总压降算法，即ΔPs+ΔPc算法。ΔPs+ΔPc算法包含了回转型弯道对下游直管压降影响。液氮在U型管内沸腾流动时，将新提出的单相流流动下的ΔPs+ΔPc总压降算法，延伸拓展应用到两相流中。经过与试验测量数据的比较发现，ΔPs+ΔPc算法与Chisholm B系数模型的结合与U型管总压降试验测量值吻合最好。液氮在竖直U型管内沸腾流动的换热特性受热流密度、入口压力和曲率比的影响明显。且在回转型弯道内侧壁面附近处，容易形成局部干涸，导致局部壁面温度急剧上升。这与流型可视化观察和数值模拟所得出的结论一致。对1581个液氮流动沸腾下的试验工况点进行统计，发现以含气率x=0.25为U型管内沸腾换热主导机理区域的划分分界点较为合理。当x<0.25时，流道为核态沸腾主导区；当x>0.25时，流道为强制对流蒸发主导区。区别对待不同沸腾换热机理主导区，对U型管内液氮沸腾流动换热系数提出了新的关联式。新的换热关联式中包含Bo、We、X、KP和Dn五个无量纲量，不仅能准确描述低、高含气率下的沸腾换热主导机理的不同，还能准确阐述各个参数对液氮在U型管中沸腾换热的影响。新的换热关联式能够较好地与U型管内液氮沸腾换热1581个试验工况点吻合。