气液两相流广泛存在于石油化工、核工业、动力工程等领域。由于气液两相流相间界面存在复杂相互作用及相对运动现象,故其流动行为呈现出高度无规则性、随机性和流动结构不稳定性等特征。这对气液两相流流动参数的准确测量带来很大困难。准确认识气液两相流气相局部流动特性,对油气田生产过程中油井动态监测及流量传感器优化设计具有重要价值及实际意义。针对垂直上升小管径气液两相流局部流动参数测量,本文提出了一种插入式光纤传感器与电导传感器组合的气相局部流动特性测量系统,通过有限元分析法对电导传感器几何尺寸进行了优化设计。基于低流速垂直上升气液两相流动态实验,考察了气液两相流段塞流、混状流和泡状流的管截面方向局部持气率、局部流速及瞬时泡径分布特性。通过快关阀实验及弧形对壁式电导传感器测量,建立了气液两相流持气率预测模型。创新性研究成果如下:1、管截面方向段塞流和泡状流局部持气率及局部流速分布呈抛物线形,而混状流在流体湍动强度较低时局部持气率及局部流速由管壁处逐渐向管中心处呈现先增加后降低的分布趋势,随着流体湍动强度增加,其分布逐渐向抛物线形转化。混状流的气泡弦长在管中心位置两侧较大,其大的气块结构并非出现在管中心方向上。泡状流的气泡弦长由管壁处逐渐向管中心处呈现增加的分布趋势。2、利用局部去趋势互相关分析法(Local Detrended Cross-Correlation Analysis,简称LDCCA)分析了不同流型的气相局部流动结构瞬时演变特性。发现段塞流在液塞与气塞交替处流动结构演变最为明显,混状流在管中心附近流动结构演变最为明显,泡状流越靠近管道中心越容易发生流动结构演变。上述结论与多尺度去趋势互相关分析结果具有较好的一致性。3、利用快关阀截取了不同流动工况持气率,对弧形对壁式电导传感器测得的视持气率进行了校正;基于校正后的视持气率建立了垂直上升气液两相流漂移模型,并以此模型分别对段塞流、混状流和泡状流持气率进行了预测,绝对平均相对误差均小于10%,取得了较好的持气率预测效果。