气液两相流系统广泛存在于化工、制药、石油、能源等工业生产过程中，由于气液两相流相间存在复杂的相互作用及相对运动，气液两相流流型丰富多样，局部流动结构呈现高度的复杂性、非线性和多尺度特性。特别需要指出的是，在气液两相流段塞流及混状流中存在明显下降液膜，且液膜结构非稳态波动特征明显；当流体具有较大湍动能量时，下降流液膜会发生明显的结构演化，且极易夹带多尺度分散气泡。气液两相流的局部结构特性研究对流型转化机理分析、流动参数物理模型建立有重要意义。本文利用平面激光诱导荧光(PLIF)测试技术，捕获了垂直上升气液两相流流体图像，考察了气液两相流段塞流、混状流和泡状流的流型特征及转化规律；基于图像处理算法提取了气液两相流图像边缘，重点研究了段塞流及混状流中液膜的时空演化特性及夹带气泡的微观结构特征。本文取得的创新成果如下：
　　1.设计了一种用于气液两相流局部流动结构测量的激光诱导荧光(PLIF)测试系统，考虑到圆形管壁、相间界面的光折射和全反射造成的光路扭曲，从实验装置和光路模型角度对测试系统进行了优化。开展了垂直上升小管径气液两相流流动环实验，获得了较为清晰的气液两相流二维流体结构图像。据此，分析了气液两相流段塞流、混状流和泡状流的流型特征及转化规律。
　　2.利用自动阈值二值化算法及数字掩膜技术对气液两相流PLIF可视化图像进行了处理，考察了不同工况下液膜厚度瞬态变化过程、空间分布特性及概率密度分布特征，探索了液膜结构的时空演化与气液两相流流动参数的物理关联性，发现液膜厚度参数可以作为气液两相流流型识别和流型转化机制研究的有效特征参数。
　　3.利用随机结构森林算法及RCF卷积神经网络算法，对PLIF系统捕获的气液两相流图像进行了边缘提取。基于提取的流体图像边缘结果，获取了液膜中夹带气泡的数量及尺度信息，揭示了液膜中夹带的多尺度气泡的分布特性，讨论了液膜中夹带气泡的生成机制。该部分研究内容可为气液两相流流形转化规律研究提供有益线索。