环状流是工程中常见的多相流流型,主要应用在石油、化工、核能等领域,环状流主要由液膜和气芯两部分组成,其传质传热性能主要依赖于液膜,液膜的特征参数与环状流的性质密切相关,液膜特征参数主要有液膜厚度、液膜波动的波速和波频。本文围绕液膜特征参数,展开了实验技术、信号处理、理论分析等多方面研究,主要的内容如下:1、利用电导法研究了常压水平管环状流周向液膜的变化规律。通过仿真和实验对比了不同结构的传感器、不同电源激励方式,结合周向测量需求,利用双平行电导探针、高频正弦波激励的方式进行了实验设计。进行了气相表观流速15-35m/s、液相表观流速0.1-0.4m/s下周向液膜检测实验,结果表明,气相流速增加时底部液膜厚度减小明显,周向液膜趋于均匀,液相流速增加时周向厚度对应增加,在液相流速较高时底部液膜有饱和趋势,下半周液膜趋于均匀。2、利用光衰减法研究了中高压下水平管和垂直管环状流局部液膜的变化规律。光衰减法依据近红外光透过液膜时因介质吸收发生衰减的性质检测液膜厚度,本文以光路分析为基础,根据检测过程中不同的误差来源,设计了减小误差的装置和实验改进方案。不同压强下的实验结果表明,垂直管液膜和水平管液膜变化规律相似,压强增加的影响类似于气相流速增加,都会减小液膜厚度,但压强作用效果弱于气相流速。3、依据动态液膜检测实验数据,研究了环状流液膜波速、波频的空间分布与发展变化规律。水平管中波速、波频都随周向角度增加呈减小趋势,液膜在周向的波动形式不同,大幅度扰动波只存在于下半周,且有一定连续性。压强增加使波速、波频增大,但其影响同样弱于气相流速。水平管中液相流速增加时,波频随波速而增加的趋势性很弱,底部液膜的大幅度波动在空间上存在合并的趋势,类似的现象在垂直管的薄液膜中并未出现。根据实验数据,分别设计了用于水平管和垂直管液膜波频的预测模型,预测本文数据的误差在10%左右。