微化工技术从基础研究到工业应用的关键一步是微化工过程的放大。为实现工业化操作中产品的高通量、易控、均匀生产,微化工过程的“数目放大”策略主要从两大方向展开,即流体在多通道间的分布和产品的逐级破裂。本文围绕“并行微通道内多相流分布均匀性”关键科学问题,对代表性构型的并行微通道中气液两相流及气泡动力学进行了实验研究。采用高速摄像系统研究了两个不同构型的对称分支并行微通道内气液两相流及弹状气泡均匀性规律。观察到弹状流和泡状流两种流型,做出了由两相操作条件构成的流型图及流型转变线。研究结果表明,气泡非均匀性主要由两微通道内流体之间的相互作用、下游通道中流体动力学的反馈作用及通道制造误差造成。在高流量、高黏度连续相和低气相压力的条件下,气泡尺寸的均匀程度高。当微通道的宽度设计遵循Murray定律时,气泡尺寸均匀性好。考虑了下游微通道内流体动力学的反馈作用,构建了对称并行两微通道中气泡尺寸的预测模型。研究了四个不同构型的非对称并行微通道中气液两相流的稳定性和分配性规律。实验发现高气液相流量下气泡生成的稳定性较好;而在较小的气液流量比下,气泡的均匀性较好。微通道结构中空腔的设置会使稳定性变差,而使气泡尺寸均匀程度更高。设有后空腔的微通道结构中的稳定性要优于设有前空腔的通道,而在前后均设有空腔的通道构型中气泡尺寸的均匀性最好,单独设有前空腔的通道中的气泡尺寸均匀性要优于后空腔。提出了不同微通道结构中气泡尺寸相对偏差E(L)的预测模型。探究了并行微通道中气液两相流均匀分布的介尺度机制。气泡生成动力学以及下游出口空腔内多气泡间的复杂界面行为会影响气泡尺寸的均匀性。对称并行微通道中气泡的生成存在同步和交替两种现象,两种不同的气泡生成状态下气液相界面的演化规律不一致,从而导致了两微通道内压力波动产生差异。出口空腔内气泡形态及多气泡间的复杂界面行为会影响下游通道中的流动阻力。此外,气泡颈部拉普拉斯压力及微通道内的流体阻力共同影响气泡尺寸的均匀性。