气液两相流是工程中最常见的多相流之一,其中波状流和环状流的气相流速较大,在两相界面上形成扰动波。扰动波携带液相质量,因此扰动波特征参数的研究对准确认识气液两相流的流动机理和发展演化规律有重要意义。相较电学和光学等方法,超声方法具有结构简单和工况适应强等特性。本文针对水平管气液两相波状流和环状流界面扰动波的液膜厚度、波速等特征参数,设计了超声气液界面测量系统和数据处理算法,具体主要完成了以下工作:1.总结并概括了膜厚的测量方法,并针对超声脉冲回波反射法无法测量较薄液膜厚度以及经典谐振法易受多次回波和噪声干扰等影响的缺陷,提出了超声薄膜谐振主频法,并应用于气液两相流的有机玻璃-水-空气三层介质的液膜厚度测量中,实现了最薄0.2mm的液膜厚度值的测量。2.设计了水平管两相流的界面扰动波液膜厚度、波速以及周向液膜分布非对称性的气液界面测量系统。首先实现了两路5MHz中心频率超声换能器的同步激励、收发隔离和回波信号放大滤波等硬件设计。其次设计了MSP430的C程序、数据采集板卡的LABVIEW程序以及上位机MATLAB数据处理程序。最终通过静态实验验证了气液界面测量系统的准确性和可靠性。3.通过实验方法研究了水平管气液波状流和环状流扰动波特性。首先以贝克流型图为依据选取了0.1~0.7MPa共五个压力点下220个实验流量点。其次在天津大学中压湿气流量实验装置上进行了实流实验。最后分析了扰动波的底部液膜厚度、波速及周向分布对称性特征参数随气液配比和系统压力的变化规律。4.根据Levenberg-Marquardt最优化迭代算法,优化了Kumar波速模型,并建立了波速新模型。并将新模型与不同压力下的实验波速值和文献模型数据进行了对比,其平均绝对误差MAE分别为6.179%和15.563%,从而验证了新模型具有良好的外推性和适用性。