汽/气液两相流动由于具有可观的传热传质特性,在核反应堆工程、化学工程以及航空航天工程等领域中得到了广泛应用。其中,相分布、压降、沸腾换热以及两相流动失稳等问题对工业设备的经济性与安全性至关重要,一直受到研究者们的广泛关注。目前,越来越多具有大比表面积的窄小流道被应用到了实际工程中。在窄小流道内,汽(气)液界面受到的表面张力与流道壁面的限制作用十分明显,汽泡动力学行为以及流动沸腾现象与常规流道相比具有一定差异。然而,两相界面形态的演变机理及其对流动换热与流动失稳的影响机制至今仍不清晰;不同尺寸流道内的两相流动特征,压降模型、沸腾换热模型、汽泡附壁接触直径分布模型以及流动失稳预测模型等还有很大的改进空间。本文以去离子水为实验工质,在不同流道以及不同工况下对绝热两相流动与沸腾两相流动的汽(气)液界面形态、汽(气)泡动力学特征、沸腾换热以及两相流动失稳开展了可视化实验研究。针对绝热气-液两相流动,发现Taylor气泡的界面形态受到了流道内径与气相流量的显著影响。在小流道内,表面张力相对于粘性力与浮力所占的比重较大,Taylor气泡的界面十分光滑且规则。随着流道内径的不断增大,表面张力所占份额逐渐减小,Taylor气泡的界面波动逐渐增强;尾流的涡旋与剪切效应还会造成Taylor气泡尾部的破碎,且该效应随着气相流量的增加而明显增强。基于以上研究,本文建立了同时适用于不同内径流道(Din=1.00mm~Din=6.00 mm)的弹状流流动压降预测模型;该模型考虑了表面张力以及两相相互作用的影响,预测结果与实验结果相比误差均在±25%以内。对于沸腾两相流动,在小流道(Din=2.15 mm)内,一旦达到ONB点(Onset of Nucleate Boiling),FDB点(Fully Developed Boiling)与准稳态沸腾点快速出现,流型由单相液体快速地转变为弹状流。此外,小流道内准稳态沸腾条件下的压降波动主要归因于弹状流中汽弹的周期性演化。结合本文的实验研究结果,基于Chen关系式的思想建立了同时适用于不同内径流道(Din=2.15 mm~Din=6.88 mm)的沸腾换热模型;该模型考虑了流道壁面的限制作用(Nconf),沸腾强度(Bo)以及两相相互作用强度(Xtt)的影响;模型预测值与实验值相比,误差均在±30%以内。此外,本文基于四面可视化矩形窄流道对沸腾汽泡行为开展了实验研究。发现在汽泡聚合过程中,厚液膜的捕获主要归因于泡间液膜破裂所导致表面张力的改变;当存在于汽-液-固三相接触线的表面张力大于厚液膜与周围液体间压差引起的作用力时,厚液膜被反向排入主流流体,即厚液膜的破裂过程。此外,泡状流向弹状流的转变过程主要归因于多汽泡间的连续聚合现象;而且,在本实验研究中发现泡底厚液膜内存在明显的二次核态沸腾现象。在窄流道内,汽泡附壁接触区域的密度主要受到汽泡核化率与聚合率的共同影响。本文采用Inverse Gaussian分布函数,针对汽泡附壁接触直径建立了预测其分布参数ν和λ的数学模型,预测值与实验值相比误差均在±30%以内。针对沸腾两相流动失稳,本文采用带旁通流道开展了可视化实验研究,从汽泡动力学以及相界面演化的角度来分析汽泡行为对流动失稳的影响机制。研究发现,当三种内径的带旁通流道内(Din=2.15 mm,Din=4.95 mm,Din=6.80 mm)出现沸腾两相流动失稳时,流道出口两相流型均为典型的环状流。对于带旁通小流道(Din=2.15 mm),由于表面张力以及流道壁面的限制作用十分明显;在脉动起始点以前,两相流型为典型的泡状流,且汽泡数量与尺寸均较小,两相流动状态处于稳定阶段。一旦热流密度达到脉动起始点,由于汽泡尺寸的增加以及汽泡被拉长与聚合,两相流型由泡状流快速地转变为环状流,两相流动失稳现象随即发生;此时由于小流道内汽相拥塞并导致汽液界面向上游发展,出现了明显的倒流现象。对于较大尺寸的带旁通流道(Din=6.80 mm),随着热流密度的逐渐增加,流型从泡状流依次向弹状流、搅混流以及环状流发展,两相流动状态也由稳定阶段逐渐转变为不稳定阶段。结合实验研究结果,本文建立了同时适用于不同内径带旁通流道(Din=2.15 mm~Din=6.80 mm)的两相流动失稳预测模型;该模型考虑了流道壁面的限制作用(Nconf)、表面张力与惯性力的作用(We)以及系统压力的影响(ρl/ρg)。该模型对流动失稳边界进行了很好的预测,预测值与实验值相比误差均在±30%以内。