在重力作用下沿竖直管道内壁流动的液膜,凭借其高效的传热传质特性被广泛应用于各类工业生产过程中,如蒸发提纯、核反应堆冷却等。降膜温度场可视化和传热特性的研究有利于深入了解其传热机理,对提高能源利用效率与改善设备性能都具有重要意义。本文基于平面激光诱导荧光(PLIF)测温技术实现了竖直管道内降膜温度场非侵入、高时空分辨率测量,并对其传热特性进行定量分析。在液膜温度标定过程中,提出基于最大类间方差的最优荧光强度提取法,有效提高标定精度,实现了液膜温度场可视化。基于液膜温度场及传热理论,实现对流换热系数与努赛尔数计算,建立了湍流降膜传热模型,并与大量液膜传热模型对比,深入分析了液膜传热机理。具体工作包含以下几方面:1、深入探究PLIF用于降膜温度场可视化和传热特性研究的可行性与优势。构建了基于PLIF液膜传热研究的高速图像采集系统,通过驱动模块、嵌入式温控算法与上位机界面优化有效提升了温控精度,保障了液膜温度场的高精度测量。2、基于数字图像处理技术实现了液膜荧光图像预处理,通过对荧光图像灰度数据分析,提出了基于最大类间方差的最优荧光强度提取法,结合最小二乘法得出具有良好线性度的测温标定曲线,实现了液膜温度场的有效、可视化测量。3、通过已测得的液膜温度场信息,结合基于温度边界层的液膜对流换热理论,定量分析不同实验条件下液膜对流换热系数与努赛尔数的变化规律。总结大量液膜传热模型及其应用条件,基于实验数据建立了湍流降膜传热模型,并和不同液膜传热模型对比,深入分析了液膜传热特性。