微化工过程是近年来兴起的一种新型化工技术,微通道内气-液两相的分散与传质过程研究是其发展和应用的重要基础。本文采用高速摄像仪和压力测量系统研究了微通道内气泡的形成和破裂机理、伴随传质过程的气-液两相分散和流动规律、气-液两相传质规律以及气-液两相流动与传质的动态演变规律。具体内容包括:研究了气泡在黏性液体中的形成过程,考察了操作条件和连续相黏度等因素对气泡尺寸的影响,实现了气泡生成的可控调节。通过对气泡形成中各表观作用力的系统分析,提出了微通道内气泡在黏性液体中生成的剪切-挤压机理。在此基础上,建立了气泡尺寸的预测模型,预测值与实验值吻合良好。研究了聚焦微通道内气泡的生成和破裂规律,考察了气泡破裂过程中颈部最小宽度和形状的演变过程。结果表明,气泡颈部最小半径（r₀α）与剩余时间（τ）满足幂函数关系（r₀∝t^α）,并且非线性夹断过程由挤压塌陷和自由破裂两个阶段构成。在挤压塌陷阶段,指数α的值随液相流量（QL）的增大而增大,最终趋近于0.33。在自由破裂阶段,指数α的大小几乎不受QL变化的影响,其值趋近于P-R方程的预测值0.5。通过对气泡破裂过程中局部作用力动态演变规律的系统分析,提出了微通道内基于颈部形变的气泡破裂机理。并通过实验和理论分析验证了该机理在低黏液体中的普适性。最后,在该机理的基础上,提出了微通道内气泡生成的一般模型。一个完整的泰勒气泡生成过程由四个阶段构成:膨胀阶段,线性夹断阶段,挤压塌陷阶段和自由破裂阶段。研究了T型分岔微通道内的气泡破裂机理。通过stop-flow的方法证明,气泡破裂过程中存在一个临界宽度δc:在颈部宽度大于临界宽度时（δ>δc）,为可逆的慢速破裂;颈部宽度小于临界宽度时（δ<δc）,为不可逆的快速破裂。在快速破裂阶段,破裂在界面张力驱动下进行,其破裂规律不受操作条件的影响;颈部宽度与剩余时间满足幂函数关系,破裂过程以0.22的幂指数开始,以0.5的幂指数结束。而在慢速破裂阶段,颈部的界面处于平衡状态,颈部在连续相挤压作用下收缩。气泡破裂规律与流型相关:在开口形成前,挤压区宽度与挤压时间t满足幂函数规律w_d/w∝t^0.75;在开口形成后,挤压区宽度与挤压时间满足对数函数规律w_d/w∝alnt+b。研究了壁面限制作用下气泡颈部界面在破裂过程中的演变规律及其自相似性。结果表明,在气泡破裂过程中,由于表面张力的不均衡作用,颈部径向和轴向的演变速率不同。通过引入形变指数对颈部界面轮廓进行归一化,发现颈部界面具有自相似性。随着连续相黏度的增大,黏性力增大,界面张力的作用减小,自相似性指数逐渐减小。另外,壁面限制和连续相流体挤压对界面形状有明显的影响,且该影响随连续相黏度的增大而增强。另外,通过实验发现颈部界面的角曲率亦存在自相似性,其自相似指数的变化规律与界面形变规律类似。说明,颈部界面形变过程是在界面张力的主导控制下进行。研究了伴随传质过程的气-液两相分散与流动规律。结果表明,由于气泡形成周期较短,气-液两相传质过程对气泡初始体积、气泡生成频率影响较小;而由于气泡在通道内的停留时间远大于其生成时间,气-液两相传质过程对空隙率和两相流压降具有显著影响。在一定条件下,气体吸收能够增大两相流压降,而压降增大的临界条件可以通过理论分析进行预测。通过考察操作条件和吸收速率对气-液两相流压降的影响,发现气-液两相流压降强烈依赖于其空隙率的变化。最后分别建立了能够准确预测伴随传质过程的气-液两相流中气泡初始体积、气泡生成频率、空隙率和压力降的半经验模型。研究了慢速物理吸收、弱化学吸收和强化学吸收三种状况下,气-液两相传质的总体积传质系数和总传质系数的变化规律。分别对设备总传质系数、气泡流动阶段和气泡生成阶段的传质系数进行了考察,发现气体吸收速率越小,微通道内气-液传质效率的不均衡分布越强。另外,发现了从弹状流到泡状流的流型转变能显著增大气-液两相传质的液侧传质系数。通过考察操作条件和吸收速率对气-液两相流传质系数的影响,建立了能够准确预测气泡流动阶段体积传质系数的无量纲关系式。通过数据在线采集和处理,研究了微通道内气-液两相流动与传质的非线性动态演变规律。系统考察了操作条件和气-液两相传质速率对气泡体积、液弹长度、空隙率和气泡流速动态演变规律的影响。通过对动态非线性体积传质系数和液侧传质系数的研究,揭示了液膜在气-液两相传质中的作用以及操作条件和流型转变对气-液两相传质规律的影响,丰富了微尺度下的传质基本理论。