浸没式膜生物反应器（Submerged Membrane Bioreactor, SMBR）作为一种水污染控制与污水回用技术在当前得到了广泛应用，但严重的膜污染和高能耗是制约其发展的关键因素。如何减轻膜污染，提高膜通量已成为国内外水处理领域的重要研究课题。本文以研究SMBR内膜面的气液两相流流场强化膜面传质和减轻膜污染为目的，基于PIV实验和CFD三维非定常数值模拟研究膜面气液两相流流体力学特性，得到本文实验条件下的最佳曝气工况，且在小试实验中对实验和模拟方法都进行了改进。本文结论如下：(1)本实验中（中试）依据PIV获取的气液两相流图像直观地分析气泡的形成过程，在低曝气强度下，对1mm，2mm，3mm曝气孔径形成的气泡动力学特性进行了分析。分析得到：气泡的尺寸随曝气孔径的增大而增大，气泡由圆球状变成椭球状，再变成球帽状，尾流区随着气泡尺寸的增加也逐渐扩大，对膜面冲刷更强烈。但孔径并不是越大越好，气泡尺寸小的曝气器，氧转移效率较高，阻力也较大，因此本实验1.5m有效水深下2mm为最佳曝气孔径。(2)分析距离膜面3cm断面上1mm，2mm，3mm曝气孔径下A、B区域所对应的切向应力的分布情况，得知切向应力随着曝气孔径的增加而增大，从而膜面流场紊流程度也加强，但由于膜面附近有活性污泥的分布，切向应力过大会导致絮凝体结构被破坏，影响微生物的正常生长，2mm孔径下径向方向的切向应力分布较3mm孔径均匀，综合考虑，本实验中2mm为最佳曝气孔径。(3)分析反应器轴向各区域液相速度矢量分布规律反应了气泡羽流在反应器轴向的形成过程：A区域气泡羽流为羽流形成区；反应器中部B、C区域为于羽流形成后区；D区域为气泡羽流的表面流区。同时分析了本实验中三种曝气孔径下反应器轴向上膜面液相速度均随曝气强度的增加呈先增加后趋于稳定的趋势。模拟结果可以更直观地观察到反应器内形成的羽流形成区、羽流形成后区以及表面流区的液相速度变化趋势，和实验结果一致。(4)本文通过理论结合实验分析给出了表征膜面传质特性的传质系数以及切向应力随曝气强度和膜面液相速度的关系，分析得出：A、B、C三个区域的膜面传质系数均随曝气强度增加而逐渐增加，但D区在曝气强度为6.5m3/h时表现为降低，这解释了膜组件在运行中出现反应器顶端吸附性膜污染加剧的现象。综合考虑能耗和微生物的正常生长，得到本实验2mm孔径对应的最佳曝气强度为5.5m3/h，该工况气液两相的速度最大值集中在膜组件顶端附近，将有利于污染物的脱落，从而减缓膜组件顶端的膜污染。(5)数值模拟显示了膜面气含率分布情况，其结果表明：随着曝气强度的增加，膜面局部气含率也逐渐增加，且气液接触面积扩大且更加均匀。但曝气量过大会破坏活性污泥絮体结构，使活性污泥颗粒变小，更容易在膜表面和孔内沉积。因此在一定范围内增加曝气强度可提高污水的生化处理效果。另，模拟观察到反应器的降流区及底部局部气含率较低，出现死区，不利于活性污泥中微生物的生长，可进一步通过优化曝气系统和反应器结构得到改善。(6)小试实验中改进了实验和数值模拟方法，采用了先进的PIV荧光粒子法，通过在两台相机前分别加装高通滤镜和窄带滤镜实现同时获取膜面气液两相流场的流体力学特性分析，为了近距离获取膜面的流场，实验中采用光纤取代中空纤维膜丝；应用Size-Shape-Analysis模块对低曝气强度下的气泡速度及当量直径进行了分析，计算中选用VOF模型很好地捕捉到气泡的动力学特性。