气液两相流广泛存在于石油、化工、动力、冶金等诸多工业领域,其流量的在线不分离测量具有重要的科学和工程意义。由于气液两相流固有的复杂性,两相流参数检测的难度很大,其流量的在线不分离测量一直是国内外未能得到很好解决的难题。尤其在石油工业中,开采过程中获得产物为油气水三元两相混合物,各分相流量和比例是监测油井运行状态和油气储集层动态特征的主要参数,准确计量这些参数对油田的综合开采与节能减排具有重要意义。针对这一问题,鉴于气相和液相与换热表面间换热能力的巨大差异,本文研究了换热过程中管壁温度对管内气液两相流的响应规律,并在此基础上提出一种新的基于热扩散的气液两相流测量方法:通过检测管壁与气液两相流热交换过程中管壁的温度响应反推管内流体的流动情况,并进一步计算出气相和液相的流量,实现气液两相流的实时在线、不分离、非接触式测量。通过采用合适的管径在垂直管内构造充分发展的气液两相弹状流,并在该流型下进行流量的测量。首先,研究了管壁在与不同流型下的气液两相流换热过程中的温度波动规律,以温度波动速度、强度、频率以及波动温差四个波动参数对温度波动特征进行表征,并获得了波动特征参数与流型间的关系;根据该关系首次提出基于温度信号分析的气液两相流流型的识别方法,通过联合四个波动参数,实验中流型识别的正确率可达95%。在弹状流流型状态下,通过研究温度曲线上升、下降与Taylor气泡、液塞间的一一对应关系,得到温度曲线的波动和各流动特征参数(Taylor气泡和液塞的速度、长度,液膜厚度,液塞中空隙率等)之间的关联式;其中,测量Taylor气泡和液塞的平均速度和长度的平均相对误差分别为2.28%、4.65%。最后,在流动特征参数的基础上,进一步建立流量计算模型计算气液两相流中气相、液相的体积流量,二者的平均相对误差分别为3.45%、5.51%。此外,对于液相为互不相容双组分的气液两相弹状流,由实验验证了漂移-通量模型、Taylor长度修正方程的适用性,并根据液相粘度对液膜的厚度进行了修正;气相、液相流量的平均相对误差分别为3.38%、4.19%,热扩散式测量方法在实验中流体物性的变化范围内的可行性进一步得到证明。