随着经济的发展,能源紧缺日益突出。这促使具有高效换热能力和节省空间优点的矩形窄通道在各种换热设备中得到广泛的应用。当矩形通道应用于海洋条件时,因受到海浪,海风等作用,其内部的流动和传热特性将会出现与常规陆基状态截然不同的特性。这吸引了众多学者对此进行了大量的实验和理论研究。然而,这些研究主要集中在宏观上的阻力与换热方面。对于窄通道内的汽泡行为研究还很匮乏,无法从微观的角度认识海洋条件对窄通道内的流动与传热特性的影响。为弥补这一缺陷,本文以水为工质,在单边加热矩形通道内,通过可视化的方式对其中的汽泡行为在海洋条件下的变化予以实验研究。因汽泡行为在时间尺度上的量级,实验中涉及的汽泡图像与参数数量都颇为巨大。作者结合实验方式与图像特点,总结相应的图像预处理流程。为获得单汽泡行为的时序变化,在相关文献的基础上,参考光流算法的思想,文中提出以汽泡坐标叠加轨迹区分核化点,并结合PIV/PTV测序的方法,构建了适用于窄通道内汽泡行为参数测量的处理方法。在该方法的基础上,作者对竖直、倾斜和摇摆三种工况中汽泡群行为与单汽泡行为两方面内容进行了研究。汽泡行为中主要涉及汽泡数量密度,平均直径与体积空泡份额三方面。其中,汽泡数量密度与平均直径在竖直工况中均随入口温度,热流密度的增加与质量流速的降低而增加。在倾斜工况中,汽泡数量密度随角度的增加呈下降趋势,而平均直径则呈上升趋势。摇摆周期对两者的作用并不明显,而角度的增加则仅扩大了波动幅度,对平均数值没有影响。时均体积空泡份额在当前的工况参数下与倾斜角度和摇摆参数未表现出明显的关联。与汽泡数量密度和平均直径的比对说明空泡份额的变化形式由平均直径决定。数量密度与平均直径在不同热工参数下的波动形式造成了空泡份额在摇摆运动中的正弦、方形与无规则三种波动形式。在汽泡演化方面,研究表明:低压工况中,汽泡在核化点处完成生长,达到最大直径后随即进入冷凝阶段直至消失,期间稍有滑移(不超过数个直径);高压工况中,核化汽泡仅在核化点处经历短暂生长,随后脱离进入滑移增长阶段。低压工况中的汽泡生长-冷凝曲线可采用修正后的Akiyama关系式预测,其经验系数K和N在当前的工况参数下分别修正为2.14和0.68。作为关键参数的最大直径和寿期在倾斜工况中,两者随倾斜角度的增加而增加。摇摆周期的改变对两者没有显著影响,而摇摆角度增加则两者增加。考虑到主流与汽泡相互作用的影响,本文分别引入无量纲参数Re数和Bo数,建立适用于当前工况参数的经验关系式用以表示汽泡最大直径与寿期。与实验值的对比表明该关系式可分别在±25%和±30%的误差范围内预测汽泡最大直径与寿期。同时,本文也给出了关系式关联两者。实验研究结果表明,质量流速增大,汽泡脱离直径大幅下降。而增加热流密度与入口温度,汽泡脱离直径则为上升趋势。倾斜条件下,倾斜角度的增加促进了汽泡生长,使得脱离直径随之上升。摇摆工况中,脱离直径与摇摆曲线呈同相、同周期的正弦波动。摇摆周期的改变对脱离影响很小,可略去不计。而摇摆角度的增加则增大了脱离直径的波动幅度。同时通过受力分析讨论了摇摆工况中的脱离直径的参数趋势。结果表明,摇摆作用对脱离直径没有可观测的影响(波动范围<1%),而流量与汽泡生长率的波动则会引起脱离直径的显著变化,并呈同相、同周期的正弦波动形式。实验参数的测量值指出流量在强制循环中因驱动压头抑制并未产生较大的波动(<5%)。因此,在实验中观测到的汽泡生长率变化是脱离直径在摇摆和倾斜工况中出现变化的主导因素。脱离频率在竖直工况中表现为随热流密度质量流速与入口温度的增加而增加,随倾斜角度的增加则呈现下降的趋势。摇摆工况中,脱离频率同样存在正弦波动,但与摇摆曲线成反相同周期。当前实验工况范围内,汽泡脱离频率由等待时间的变化决定。摇摆工况中的汽泡行为参数与相同热工参数的倾斜工况对比表明,在本文所涉及的工况中,无论是哪一种汽泡参数,其在两者中的变化都是一致的。这表明在单边加热矩形通道内,摇摆周期的变化对汽泡参数没有可观测影响,而摇摆角度的影响仅体现在加热面朝向的周期性变化上,即:摇摆和倾斜对汽泡参数的影响都是由于流动加热面朝向的变化引起的。