在化工、能源、环保、石油和轻工业等领域中往往涉及多相流问题的研究。其中，气水两相流是最常见的多相流流动形式，而气水两相泡状流对气水两相流的流动机理研究有着重要意义。对气泡的特征参数进行研究，能够实现泡状流的气泡体积预测，轨迹跟踪和上升速度研究。本课题针对气液两相流中气泡上升过程中的结构与运动特性问题，采用三维椭球模型对气水两相泡状流的运动特性进行了研究。主要研究内容包括：（1）建立了气泡上升图像采集装置。设计了两相流垂直实验管道和双摄像机图像采集系统，在静态流场条件下，在同一平面从两个相互垂直的方向同步获取了离散气泡上升序列的高频连续图像。（2）提出了气泡图像预处理方法和二维参数的提取算法。对气泡图像进行预处理，经过图像类型转换、图像滤波、二值化、气泡空洞填充、边缘检测得到气泡边缘图像，为后续二维参数的提取奠定了基础；利用Hough变换方法和椭圆特征方程法对气泡边缘图像处理并提取了气泡投影椭圆参数，提出了基于椭圆边缘点方向导数信息的重叠气泡分割算法，讨论了两种方法的优缺点，并对真实气泡图像进行了分析处理。（3）提出了基于椭球特征方程的气泡三维椭球模型重构算法。利用双摄像机两个图像平面上的气泡二维参数，提取椭圆特征点，将两组特征点进行合理匹配，利用三维椭球特征方程和特征矩阵，由二维椭圆参数推导得出三维椭球参数，实现了气泡三维椭球模型的重构。（4）基于气泡三维模型重构理论，研究了气泡上升时的体积变化规律。总结了前人对气泡体积的研究成果，并基于气泡椭球模型对不同生成条件下的气泡的体积进行了计算并分析了气孔直径和气泡脱离频率对气泡稳态体积的影响。（5）基于气泡三维模型重构理论，对气泡上升轨迹进行了描述，分析了在不同实验条件下气泡稳态上升过程中的Z字形运动模式和螺旋形运动模式；提出了气泡上升速度的计算方法，讨论了气孔直径，脱离频率，气泡稳态体积和气泡纵横比对气泡稳态上升轨迹和瞬时速度以及末速度的影响。