自由表面漩涡的发生是在日常生活和生产中很普遍的现象。有旋流可以导致泵的出力降低。另外,强烈的自由表面漩涡会卷入漂浮物、垃圾和空气进入吸入管,导致水力装置的转动部件受损。因为其重要性,在过去五十年里学者们对气体携带问题进行了深入研究。本文对水平管气液分层流中漩涡吸入气体这一现象,通过实验研究方法,深入研究气体携带过程及优化方法。主要的研究内容及取得的研究结论如下:(1)通过构建水平管气液分层流中漩涡吸入气体可视化实验台,进行不同工况的气体携带实验研究。通过高速摄像仪对水平管内自由液面上的漩涡形态及发展变化过程进行图像采集。可视化观察发现,发生气体携带现象时的漩涡形态有以下三个阶段:液面平稳阶段、漩涡核心出现阶段、漩涡核心发展阶段。在漩涡核心发展阶段漩涡核心下端有可能还未到达吸入管管口就已经失稳消散,也有可能漩涡核心下端到达吸入管管口,发生气体携带现象。这两种情况的发生是随机的。固定的液位不变的情况下逐渐增加流量,存在某一特定流量,使得生成的旋涡恰好可以携带空气进入吸入管。本实验选取此流量为此液位下的临界流量。研究表明,吸入管流量、系统运行温度、运行压力等因素均被证实对气液分层流动中漩涡吸入气体过程产生重要的影响,在此基础上选取Fr数作为自变量,无量纲临界液位Hc/d作为因变量,提出了新的临界液位实验关联式。(2)以主管直径285 mm,支管直径80mm,主支管沿流向沿周向夹角均为90°工况的实验为基础,分别以不同管径比、不同主支管沿流向夹角、不同主支管沿周向夹角三种工况进行气体携带实验。吸入管与主管管径比的不同和主管与支管沿流向夹角对漩涡形态和临界液位没有明显的影响,漩涡形态主要受到临界液位高度的决定。吸入管与主管沿周向夹角对漩涡形态有明显的影响,由于受壁面和自由液面高度的影响,漩涡有更大的概率接近内壁面而失稳而后消散,持续时间也明显缩短。从这种意义上来说,沿周向的吸入管布置可以使得漩涡的发展变得困难,是有利于避免气体携带现象发生的。但是从临界液位到主管底部距离来看,沿周向倾斜布置没有明显的优势。