矩形窄流道内汽泡的聚合作用在电子器件冷却以及核能等领域具有重要的研究意义。聚合会改变汽泡的尺寸分布和相界面浓度,从而影响设备的传热传质性能。但是随着含汽量的增加,汽泡在壁面聚合会影响核燃料组件表面的换热能力。目前,针对矩形窄流道内沸腾汽泡的聚合特性及机理仍不清晰,需要开展进一步研究。本文采用四面可视化的方法对矩形窄流道内过冷沸腾阶段汽泡的尺寸演化特性及聚合行为开展实验研究,分析了聚合过程中液膜演化规律、汽泡冷凝与滑移尺寸演化及其对聚合的影响,并建立了汽泡碰撞聚合模型。汽泡聚合实验结果表明,聚合会产生表面毛细波,毛细波到达汽泡两端致使汽泡边缘形成延伸造成不稳定,进而破裂产生二次汽泡。研究发现蒸汽汽泡聚合后产生二次汽泡的条件是初始平均汽泡直径大于0.87 mm。此外毛细波到达汽泡两端后反向是造成聚合后汽泡振荡的直接原因,而聚合前后表面能以及曲率的差异是汽泡振荡的根本原因。此外,通过对聚合后汽泡的形态进行拟合,发现其振荡模式为以碰撞角度为初始值,振荡幅度为80-90°,初始直径比越接近于1,汽泡振荡周期越小。而汽泡的初始碰撞角度越接近于90°,则汽泡的振荡周期越小。多组汽泡聚合形成大汽泡,会在汽泡底部产生干斑,研究表明干斑演变速率呈现指数型增长,通过数据拟合得到干斑演变曲线。汽泡的尺寸演变会影响汽泡在聚合时的界面碰撞速度,而过冷沸腾中汽泡凝结换热量的相对大小决定了汽泡尺寸演化的方向。因此本文基于窄矩形通道开展汽泡界面凝结实验,研究汽泡凝结过程中的界面演化现象并建立凝结界面换热模型。将凝结换热与微液层蒸发以及过热液体层蒸发换热相结合建立了过冷沸腾阶段汽泡滑移与冷凝尺寸演化模型,并通过实验数据进行验证。基于汽泡尺寸演化模型研究了汽泡碰撞过程中的相对界面膨胀速度。结合汽泡之间的速度差以及相对膨胀速度得到了汽泡在发生碰撞时的界面碰撞速度。实验结果表明蒸汽汽泡聚合的临界速度为0.03-0.05 m/s,当汽泡的界面碰撞速度低于临界速度时,汽泡会发生聚合;当界面碰撞速度超过临界速度时,汽泡发生会反弹而不发生聚合。此外,研究发现矩形窄流道内汽泡速度呈现正态分布的特性,基于此得到汽泡的碰撞频率。最终结合汽泡碰撞频率以及汽泡的临界速度建立汽泡临界速度聚合频率模型,并通过实验数据验证,模型误差在±30%以内。