气泡流动广泛存在于国防、核工业、过程工业、能源环境等众多领域。气泡生长、脱离、上升、破裂等过程不可避免会伴随声信号产生,近年来,气泡声特性与纹理表征逐渐成为各领域的研究热点,气泡声识别对实现我国“双碳目标”意义深远。气泡脱离喷管瞬间会影响气泡上升、破裂过程,而喷管管壁结构是影响气泡生成的重要因素之一。本文以实验研究为主,数值模拟为辅,从流场和声特性两方面,研究管壁结构对气泡生成的影响、双气泡碰撞破裂及双悬停气泡自由液面破裂过程。研究内容由浅入深,循序渐进,研究对象由单气泡拓展至双气泡,研究过程由气泡脱离瞬间延伸至上升、破裂动态演化全过程,进一步揭示气泡流场与声场的时空对应关系,为工业设备气泡流型预测、海底油气管道泄漏监测等应用课题研究提供重要参考。首先,介绍了气泡流动三维可视化成像及声特性实验装置,基于三维可视化成像方法与三维气泡重构理论,推导了不同工况下实验装置设置的参数公式,分析了各参数对成像质量的影响;以纵横比为6:1的喷管气泡生成过程为例,论证了气泡三维重构的精确度和可信性,测量绝对误差小于0.10 mm,相对误差在0.72%以内。同时,介绍了本文数值模拟所选用的两相流和湍流模型。为提取气泡流动噪声的典型特征,基于带通滤波和短时傅里叶变换,对气泡流辐射声信号进行了滤波和时频分析。其次,采用实验和数值模拟方法,研究了不同纵横比、等截面喷管生成气泡流演化及辐射声特性,将结果进行对比分析。详细讨论了管壁结构对气泡流态、尺寸、轨迹等动力学参数的作用规律,重点总结了非对称气泡、挤压气泡流态与声特性间的内在规律。结果表明,随着喷管纵横比进一步增大,气泡产生的随机性愈加明显,气泡流态愈加复杂,出现跟随气泡和挤压气泡等特殊流态;随着气泡脱离管口时间的推移,越靠近自由液面,气泡偏移幅度越大,偏移量ΔL越大,呈现“三角形”分布,且气泡集中分布于喷管等效半径均为（?）mm的圆形范围内;通过分析气泡生长、颈缩、颈缩几近断裂、断裂四个时刻速度矢量分布,发现喷管管壁结构的不同,改变了外部流场的分布以及与气泡的相互作用方式;随着喷管纵横比不断增加,气泡声压幅值总体不断增加,声压幅值波动更加明显,气泡振动频率和强度总体增大。对于椭圆喷管,非对称气泡脱离时声压峰值减小至对称气泡分离声压峰值的1/6-1/4倍。气泡即使在形态上存在轻微的不对称性,声压峰值也会降低4-6倍,但气泡中心频率变化不大。气泡挤压形变时与气泡脱离时的振动方式是相同的,不同气泡形态对应“瘦”三角形、“胖”三角形、“松树”、“角蝶鱼”等不同波形。再次,为进一步研究双气泡碰撞破裂过程,对气泡碰撞破裂过程进行重复性实验,发现气泡Ⅱ在脱离喷管后,先后经历椭球形、“桃形”、“钝头型”、“奶嘴型”等形变,在与气泡Ⅰ碰撞后分裂成两个小气泡。结果表明,双气泡碰撞拉伸与破裂过程导致气泡中心频率出现三峰值,且三峰值频率分布较为集中,频率均值分别为636.8 Hz、953.1 Hz、1306 Hz。最后,研究了自由液面处双悬停气泡破裂过程,详细分析气泡破裂引起的体积剧烈收缩、微射流与喷射液滴形成以及液面振荡叠加等过程,揭示了双悬停气泡几近同时破裂及液面叠加现象背后的声叠加规律。结果表明,双悬停气泡几近同时破裂过程的重叠时刻声压幅值较单气泡破裂高约0.5 Pa;双悬停气泡破裂引起的液面振荡波叠加过程中,有且仅在液面波动叠加时刻,声压峰值激增约至叠加前声压幅值的2倍,具有两个幅值相近、数值不同的中心频率。