泡状流广泛存在于自然界和工业过程中,对其进行深入的理论和实验研究具有重要的科研价值和广阔的应用背景。气泡动力特性和相分布是泡状流研究中的主要内容,本文从这两个角度入手,对竖直圆管内冷态、不可压、无相变、中低含气率、气泡有一定变形的稳态层流泡状流进行了理论和实验研究。为研究气泡变形对其受力和相分布的影响,设计了稀疏泡状流中获得气泡变形参数的双投影测量方法:对气泡投影图像进行处理和分割后应用Hough变换结合对称直线法识别出气泡两个投影椭圆,经外极线约束处理后基于对偶理论得到气泡变形参数。测量结果表明竖直圆管稳定层流泡状流中变形气泡可被近似成以一定倾角稳定上升的扁椭球体,并得到了计算气泡变形比的经验公式。将基于边界层理论计算出的扁椭球气泡绕流速度场分解为气泡表面速度及其法向衰减,通过待定函数法得到正向来流时速度场的近似计算公式,再使用坐标变换方法类比求出以一定倾角稳定上升的椭球气泡的绕流速度场。通过对气泡表面法向N-S方程的量级分析得到变形气泡周围的压力分布。利用单元系综平均方法由气泡周围的压力场和速度场得到单气泡所受的阻力、引起的液相雷诺应力和液相界面平均压力与液相平均压力之差。通过泡状流和悬浮轻颗粒两相流的对比实验得到变形气泡所受的升力关系式。在此基础上分析了变形度、雷诺数和含气率等参数对于双流体模型中各界面力、应力和压差项的影响。设计了由像素统计和重叠概率计算得到泡状流投影视图中含气率投影的分布,再通过改进的Abel逆变换Fourier算法测量含气率径向分布的方法,使图像测量方法可应用到较高含气率泡状流中。计算机仿真实验、较高含气率泡状流和轻颗粒两相流实验的结果表明,此方法具有较强的实用性和较高的测量精度。考虑到实际泡状流中含气率和壁面的影响,对单气泡动力学研究中构造出的封闭关系式进行修正,建立起完整的泡状流双流体模型。利用该模型的近似解析解分析了竖直圆管内层流泡状流中影响液相速度分布和含气率径向分布的主要因素。并对一组泡状流实验进行了预测,预测结果与实验测量得到的数据基本吻合,说明在竖直圆管内层流泡状流中此双流体模型具有较高的预测精度。