气液两相弹状流具有间歇性和不稳定性,是气液两相流动中最复杂的流型之一,其广泛存在于动力工程、石油化工和核工程等领域。矩形通道因其传热性能良好、相应设备结构紧凑等优点,被广泛应用于核工程等领域。加深对矩形通道中弹状流特性的认识,有利于工程设计。借助高速摄像方法,对竖直和倾斜条件下矩形通道内气液两相流弹状流特性开展可视化实验研究。实验在常温常压下进行,工质为空气和水。实验回路开放,采用泵驱动强制循环。实验中,共采用了五种不同尺寸的可视化矩形通道实验段,当量直径范围为2.08～15.96mm,高宽比为0.025～0.228。气相和液相折算速度范围分别为0.10～2.51m/s和0.16～2.62m/s,倾斜角度(与竖直方向夹角)为0°、10°、20°和30°。通过拍摄的图像,分析矩形通道中弹状流特点,通道尺寸和倾斜角度对弹状流特性的影响。测量竖直矩形通道内静止水中、流动液体中、弹状流中平均气弹速度及稳定气弹速度,倾斜矩形通道内弹状流中平均气弹速度及稳定气弹速度实验数据。分析气液相流速、倾斜角度和通道尺寸对气弹速度的影响规律,建立较为完善的气弹速度计算关联式。分析了弹状流中液弹结构及气弹间聚合机理,获得气弹速度与其前方液弹长度关系实验数据。通过分析主流流态、倾斜角度和通道尺寸对气弹速度与其前方液弹长度关系的影响,建立较为完善的气弹速度与其前方液弹长度计算关联式。研究气弹和液弹长度统计规律,发现气弹和液弹长度分布呈对数正态分布。探讨气液相流速、倾斜角度和通道尺寸对气弹长度、液弹长度、弹单元频率和气弹长度份额的影响规律及机理。测量通道Ⅲ内弹状流中液膜厚度及速度,分析气液相流速和倾斜角度对其影响,建立液膜脱离厚度及速度计算关联式。通过图像处理,获得竖直及倾斜窄矩形通道弹状流中局部和平均空泡份额、界面面积浓度和索特平均直径等界面参数。分析气弹段、液弹段和弹单元局部界面参数横向分布特性,气弹段和液弹段局部界面参数轴向分布特性。气弹段和弹单元局部空泡份额横向分布分为四种类型:平直型、平直非阶跃型、核峰型和核峰非阶跃型。液弹段空泡份额横向分布分为三种类型:核峰型、中间峰型和双峰型。探讨气液相流速、通道尺寸和倾斜角度对局部界面参数分布和平均界面参数的影响规律及机理。建立竖直和倾斜工况下平均空泡份额计算关联式。