窄流道具有结构紧凑与传热强化等特点,在动力工业、化学工业以及石油工业等领域中有着广泛的应用。特别是在反应堆热工水力分析中,堆芯窄流道内的汽泡生长、脱离等行为,以及汽泡行为对压降的影响特性是非常重要的研究内容。尺寸效应对汽泡动力学特性影响显著,查清窄空间下的汽泡动力学特性对于理解传热及压降特性意义重大。本文在不同工况下对竖直矩形窄流道内的流动沸腾开展了可视化实验研究,以探讨其中的汽泡生长、汽泡脱离以及汽泡行为对流动沸腾压降的影响;通过实验和理论的分析提出有关汽泡生长、脱离和压降的预测模型,为实际的工程应用提供参考依据。研究发现,热流密度和质量流速对汽泡生长和脱离都有重要的影响,发现其影响不存在单调性关系。汽泡动力学特性受压力的影响显著,发现压力提高使窄流道内的汽泡生长速度和脱离尺寸显著减小,且脱离时间大幅减少。在汽泡生长方式上,发现较低系统压力的汽泡生长主要在核化点进行,生长时间不超过2 ms;而在较高压力下,其在核化点处的生长时间一般小于0.3 ms,主要在加热壁面上滑移的过程中生长。基于对较低压力下的无量纲汽泡生长曲线的分析,发现汽泡生长曲线在无量纲汽泡生长时间t+ < 0.3前为线性关系,而在t+ > 0.3后则为指数关系,本文提出二曲线模型用于描述汽泡的生长。线性部分的斜率kl波动较大,指数部分的系数kp保持为1,指数n保持为0.25,与实验结果相比较,模型预测误差<±15%。采用半Laplace数和时间因子ξ对较高压力下的汽泡半径和汽泡生长时间进行无量纲化后,研究发现汽泡滑移生长曲线也可用指数模型来描述,模型的预测结果与实验测量结果误差在±16%范围内。本文提出了汽泡附壁接触直径的预测模型。研究发现汽泡附壁接触直径与汽泡的无量纲生长速度dR+/dt+和无量纲半径R+密切相关,模型参数aw和nw需根据实验工况确定,预测主要数据点误差不超过±20%。通过对汽泡生长过程中受力的全面分析,本文建立了全面考虑汽泡全部受力的汽泡脱离直径预测模型;并提出了与汽泡附壁接触直径相关的非对称生长力计算关系式,研究发现表面张力对汽泡的脱离起着重要作用。模型可应用于包括向上、向下、水平等各种流向的工况,预测结果与本文实验结果的误差不超过±10%。与发表文献中的数据比较,误差不超过±15%。本文提出了考虑汽泡行为影响的压降计算模型。在对竖直矩形窄流道内汽泡行为可视化研究的基础上,把流动沸腾的摩擦压降分为单相流动摩擦压降、充分发展过冷流动沸腾摩擦压降和饱和流动沸腾摩擦压降三部分。结合窄流道内的汽泡行为特性,本文针对窄空间流道对Saha-Zuber的真实含汽率模型和Zuber-Findlay的空隙率模型进行了修正。压降模型的预测与实验结果相比,误差不超过±10%。通过对窄流道内汽泡行为与压降间的关系的研究,得到了充分发展过冷沸腾阶段和饱和沸腾阶段的平均摩擦倍增因子φa2, lo,sub和φa2, lo,sat,以及重力压降无量纲因子φΔpg和加速压降无量纲因子φΔpa随出口空隙率?out的变化关系,并发现φΔpg会随着?out的增加而线性减小;φa2, lo,sub、φa2, lo,sat和φΔpa均随着?out增加而增加,且在?out大于0.7后增速会显著提高。