在气流床气化炉下部的洗涤冷却室实际工业应用中,洗涤冷却水进水管路的设计、洗涤冷却水分布环的结构和洗涤冷却管的几何尺寸都显著地影响了管内湍流降膜的空间分布和流动特性。特别是由管内热应力不均导致的壁面变形,将会进一步改变管内湍流降膜的流动结构,并影响洗涤冷却室的稳定运行。本文以洗涤冷却室内的湍流降膜为研究对象,采用超声波多普勒流速仪和高速摄像机研究了湍流降膜在洗涤冷却管内的流动特性,以及壁面结构对液膜流动行为的影响,期望为洗涤冷却室的稳定运行和工业放大提供理论基础。（1）对洗涤冷却室内湍流降膜的空间分布规律进行了研究。结果表明:液膜厚度在2m的流动距离内无法发展至稳定状态,不同位置处的液膜厚度分布具有明显差异。液膜雷诺数和波动的增加会增加液膜的厚度和周向不均匀性,但液膜的横向运动和表面破裂会减小液膜的厚度和周向不均匀性。液膜瞬时厚度的时间序列是高度随机的非周期性平稳序列,其概率密度函数分布为正偏且较正态分布稍陡的曲线。统计最小膜厚受液膜雷诺数的影响显著,但在液膜横向运动和表面破裂的影响下,统计最大膜厚所受影响较小。随着液膜雷诺数和轴向距离的增加,液膜统计最大厚度约等于2倍平均膜厚。轴向距离的增加会使液膜瞬时厚度的功率谱出现波峰,且波峰位置多位于10Hz附近;周向距离的增加则会凸显液膜瞬时厚度波动的多频特性;液膜雷诺数对液膜瞬时厚度波动频谱特性的影响则与流动距离有关。液膜雷诺数的增加会增加液膜的横向运动速度和破裂机率,其中由Plateau-Rayleigh不稳定性导致的液膜表面破裂现象会减小液膜的流动质量,从而抑制液膜雷诺数对液膜流动特性的影响。（2）使用超声波多普勒流速仪测量了湍流降膜的轴向速度,分析了大尺度圆管内湍流降膜的速度分布、膜内流动结构、涡旋尺寸等液膜流体动力学特性。结果表明:随着液膜雷诺数的增加,液膜平均轴向速度的轴向分布趋势由“增加至稳定”转变为“减小至稳定”。其中,重力会使液膜加速,而由“壁面剪切应力”和“涡流黏度”带来的摩擦阻力以及液膜表面破裂导致的动量损失则会使液膜减速。充分发展液膜的膜内轴向速度分布不仅受液膜雷诺数的影响,还与液膜的流动条件以及介质的物性参数有关;在本文实验条件下,稳定区的膜内轴向速度分布可以表示为:u+=1.60lny+-0.62。其中,液膜雷诺数、界面波的振幅、波间相互碰撞产生的局部湍流和液膜的横向运动共同影响了膜内轴向速度梯度的变化。液膜瞬时轴向速度的时间序列是高度随机的非周期性平稳序列,其概率密度函数分布为比正态分布稍陡的对称曲线,且随着液膜雷诺数的增加,液膜统计最大轴向速度趋近于1.5倍平均轴向膜速。液膜表面破裂现象会抑制液膜雷诺数对湍流强度的增幅,甚至会导致湍流强度随着液膜雷诺数的增加而减小;随着轴向距离的增加,影响液膜湍流强度的主要因素由“表面破裂”转变为“液膜横向运动”。液膜瞬时轴向速度的波动呈现出多频特性;随着液膜雷诺数的增加,液膜的积分尺度增加,各位置处膜内涡旋尺寸的差异减小。（3）对波纹壁面上湍流降膜的流动特性开展了可视化实验研究,分析了波纹壁面的结构参数对液膜流动行为的影响。结果表明:波纹壁面上的湍流降膜根据其波动样式可以划分为三个区域:平稳区、波动区和震荡区;其中波动区又可以分为:波动起始段、波动过渡段和规则网格状波动段。在波动区内可以观察到溪流和规则的网格状波纹,在震荡区可以观测到剧烈的波间碰撞、破裂和液滴飞溅等现象。在波纹壁面上,液膜界面波的演化过程可以分为四种类型:三维纹波的演化、溪流的演化、网格状波的演化和波的破裂。壁面的波纹结构对液膜的流动行为具有显著影响,其中初始曲率的正负会影响平稳区的大小和波动区的起始位置,但对液膜波动样式的影响较小;波高的增加和波长的减小会加剧液膜表面波动,加速界面波的演化,并减小液膜的稳定性,且波长的变化对湍流液膜的影响更加显著。壁面波纹结构的存在会反复地改变液膜的流动速度,减小液膜的稳定性并加剧液膜波动和表面破裂机率,随着液膜雷诺数的增加,这会造成液膜厚度的突降并导致干壁。（4）研究了壁面结渣条件下湍流液膜的流动特性,实验选取了半球形和圆锥形两种结构的灰渣模拟物,分析了灰渣模拟物的形状和结构参数对液膜流动行为的影响。结果表明:根据波动样式的不同,结渣壁面上的湍流降膜可以划分为七个区域,这些区域的大小和结构同液膜雷诺数以及灰渣模拟物的结构高度相关。不同的液膜雷诺数和模拟物结构会使液膜绕流过灰渣模拟物后形成“扁状瘦长型水柱”或“空腔”。水柱和空腔的形成主要受康达效应和惯性力的影响,其表面通常附着有大振幅波。随着液膜雷诺数的增加,水柱和空腔的尾端会发生剧烈的左右振荡,并显著地改变下游液膜的流动结构。液膜绕流过圆锥形灰渣模拟物后形成的尾流水柱较球形结构更长,形成的空腔尺寸也更大;并且液膜绕流过圆锥形模拟物后形成的空腔结构更规则,而球形模拟物后形成的空腔结构末端不规则且振荡剧烈。当灰渣模拟物高度小于液膜平均厚度时,灰渣对液膜流动行为的影响会被湍流液膜自身所具有的波动掩盖;当灰渣模拟物高度大于液膜平均厚度时,灰渣会显著地改变其所在水平位置下游处液膜的流动结构,但这种影响会随着流动距离的增加而减小。此外,液膜绕流过灰渣模拟物后形成的空腔结构会使壁面出现无液膜覆盖的情况,水柱和空腔表面附着的大振幅波及其末端的振荡则会增加水柱和空腔下游位置处液膜的平均厚度和瞬时厚度的分布范围。