非牛顿流体中的气泡运动广泛存在于化工、生化、环保、食品、冶金及高分子聚合等领域。对非牛顿流体中气泡运动及传质的深入了解将有助于相关设备的设计与优化。本文针对气泡在非牛顿流体中的运动及传质行为进行了实验及数值模拟研究。主要研究内容包括：利用高速摄像仪，对单个气泡在非牛顿流体中的上升行为进行了实验研究，测定了气泡的纵横比及上升的终端速度。根据Reynolds数、Eotvos数和Morton数三个无量纲准数作出了气泡在非牛顿流体中的形状分布图。提出了一个气泡纵横比与自定义的无量纲准数Wn的关联式。研究了非牛顿流体的流变性质及气泡形状对曳力系数的影响。提出了一个新的曳力系数关联式，在0.05＜Re＜300范围内，该关联式的预测值与实验结果吻合良好。利用高速摄像仪对非牛顿流体中两个气泡的在线相互作用进行了研究。发现在气泡相互靠近的过程中，先行气泡保持稳态上升，其速度不受跟随气泡的影响。受先行气泡尾流及剪切变稀效应影响，跟随气泡的速度在靠近先行气泡的过程中逐渐增大。提出了一个描述跟随气泡速度的理论模型，该模型的预测值与实验结果吻合良好。利用粒子影像测速仪（PIV）技术，研究了非牛顿流体中单个上升气泡周围的黏度分布和气泡链周围的湍动特性。考察了流体浓度对单气泡周围的黏度场的影响，同时讨论了速度场、黏度场和剪切应力场之间的耦合关系。探讨了气泡链周围的流场、湍动能及其耗散率的分布。对CO₂在三种不同流变性质的液相（牛顿流体、剪切变稀流体、黏弹性流体）中的传质行为进行了实验研究。测定了不同操作条件下的液相体积传质系数。考察了气体流量及液相性质对液相体积传质系数的影响。基于Higbie渗透理论和Kolmogorov湍动理论提出了一个半经验模型，并引入修正因子用于修正黏弹性对CO2传质的影响。在三种不同流变性质的液相中，模型预测值与实验结果均吻合良好。利用Level Set方法对气泡在剪切变稀型非牛顿流体中的自由上升运动进行了模拟。主要模拟了球形气泡、椭球形气泡以及球帽形气泡。模拟所得气泡形状及曳力系数与实验结果均能较好的吻合。论文还对两个在线上升气泡相互靠近和聚并过程进行了模拟。