第四代反应堆之一的钍基熔盐堆在运行过程中会产生具有较大中子吸收截面的裂变气体,如氪和氙。裂变气体的存在会影响反应堆的传热性能和经济性。文丘里气泡发生器结构简单,性能优良,是裂变气体脱除系统中气泡发生器的最优选择。气泡群破碎是气泡发生器工作中最常见的现象,但目前对该微观过程以及扩散段湍流特性也不清楚,同时气泡群破碎工况下的气泡发生器宏观性能缺乏研究。本文基于高速摄像实验、非接触式激光测量实验、数值模拟和理论分析的研究方法,以文丘里气泡发生器为研究对象,以先微观后宏观的步骤研究了气泡发生器微观的气泡群破碎模式、文丘里扩散段逆压梯度流场湍流特性以及气泡发生器出口气泡尺寸分布的宏观性能,验证了气泡发生器出口气泡平均直径与湍动能的关系。本文首先在微观层面概括了气泡群破碎模式,通过高速摄像实验发现:在低含气量工况,气相以连续的球型气泡串的形式进入扩散段,由于气泡在流场中的减速,后续气泡群受前驱气泡的阻碍,导致气泡群碰撞破碎现象,前驱气泡运动形成含有气泡群的小尺度涡旋结构,导致后续的气泡群拉伸剪切破碎现象,前者称为狭义的直接气泡群破碎过程,后者称为狭义的间接气泡群破碎过程;增加含气率,气相以长条形气泡或连续气柱的形式进入扩散段,在进口处受到湍流脉动,气柱前端会首先破碎,破碎后的气泡群受下游流场的中等尺度的涡旋结构的影响,再次破碎,该类气泡群概括为广义的气泡群破碎过程。其次,为了更好的理解气泡群破碎过程,本文在微观层面通过粒子图像测速法测量文丘里管扩散段流向截面液相湍流特性。发现在单相流工况下雷诺数并不改变流场结构的分布情况,雷诺数增加,流场速度分布增加,湍动能增加;扩散角增加使流场由“细长”转变为“短粗”,湍动能同时增加。对比单相流工况可发现,在两相流工况下,气相的存在导致液相主流区往鼓泡侧偏移,鼓泡侧湍动能降低,非鼓泡侧湍动能变化不大。最后在宏观层面,本文通过基于凹点分割的气泡图像处理技术探究不同流动参数、扩散角度和湍流参数对气泡发生器下游气泡分布的影响,发现在低含气率工况下,气泡尺寸呈对数正态分布,气泡发生器主要生成微米量级气泡,增加含气量,微米量级气泡占比降低,气泡分布在3mm处出现第二个峰值;随雷诺数和扩散角增加,产生的微米量级气泡占比增加,气泡直径越小;发现气泡的Sauter平均直径与雷诺数的-0.98次幂成正比,与湍动能的-0.591次幂成正比,与理论结果较为吻合;发现可产生微米量级气泡的最大含气率随扩散角度先增加后降低,在扩散角度为12.5°时达到最高。综上所述,通过本文对文丘里气泡发生器的气泡群破碎特性试验研究。从微观上概括了气泡群破碎模式,通过流场的湍流特性研究,验证了气泡群破碎的能量转化,为气泡群破碎提供实验支撑;从宏观上,得到了气泡发生器出口处气泡分布情况与流动参数、扩散角度和湍流参数的关系,并得到了气泡发生器的工作上限,为文丘里气泡发生器提供使用指南。