气液两相流在石油和天然气工业,化学工艺,核技术等方面广泛存在。由于气液两相流动结构复杂多变,两相流参数具有多样性,因此,气液两相流学科已成为重要的理论研究领域和重要的工程应用问题。在利用光学的方法研究气液两相流动的特征规律以及测量两相流的各种参数的过程中,光信号在气液两相流中的传输过程中的能量损失以及光的折射和反射,是必须要考虑以及解决的关键问题,为了减少近红外光线在两相流中的传输信号的能量损失、减少光的折射和反射,实验室前期提出两种研究方法,通过减小光程、光源使用面光源,接收采用面阵探头接收的方法来减少信号能量的损失。本论文基于实验室的前期的两种方法的研究,进一步的对点光源与面光源两种方法进行详细的比较分析,探究点光源、点接收与面光源、面阵接收在测量过程中的区别以及测量过程中具体的数据表现出两相流在管道中是什么状态,两种光源装置那种更好,更适应测量环境,测量数据是否能够反应相含率的变化,选定较好的装置,然后另外进一步对相含率与流量的测量进行分析。为了不相互影响,两个实验装置单相流实验分开进行。单相流近红外实验中目的是证明红外的信号大小与吸收率只跟管道的含水量有关,与单相介质的流速无关。在两相流实验中,本文分析了两种装置在弹状流、泡状流和环状流三种流型下的近红外数据。通过分析单相流和两相流的近红外数据,结论是长喉颈文丘里装置的测量效果优于矩形视窗装置,并确定了建立数学模型的方向,选择较好的长喉颈文丘里管道进行进一步实验研究。两相流相含率的研究过程中,在泡状流流型下,通过分析红外信号比值与液相相含率数据分布图可以看出,在液相流量为定值的时候,其数据分布曲线排列有一定的规则,将每一条曲线进行单独的模型拟合。并确立了拟合模型,在拟合的过程中,采用的方法是固定液相流量,拟合出近红外信号值的比值与液相含率的关系,拟合参数的改变是因为液相流量的改变而改变,找到两相流量与拟合参数的关系,最终求得了泡状流拟合模型。环状流液相含率研究方法相同。对于弹状流的相含率测量,为简化弹状流模型,对于泰勒气泡部分,将其作类似环状流处理,对于泰勒气泡尾部气泡部分,将其类似泡状流来处理。对泰勒气泡与尾部气泡两部分进行加权处理最终拟合得到弹状流相含率测量模型。通过实验数据的验证,在新的气液两相液相相含率数学模型下泡状流、环状流、弹状流三种流型的液相相含率的测量相对误差在±4.96%以内。在流量的研究方面,对经典流量测量公式进行修正得到新的模型,利用实验数据进行验证,得泡状流流量测量相对误差分布在-1.39%~1.86%之间,弹状流两相流体积流量测量相对误差值在-3.50344~3.62727%以内,环状流两相流体积流量测量相对误差在-2.17464~2.05335%以内。