气液两相环状流是工程领域中非常重要和最典型的流型之一,广泛存在于天然气管道输运、核反应堆冷却、蒸发和冷凝等领域,实现其流动参数的准确测量和分析预测对油气生产过程的能源计量以及冷却和加热系统的安全可靠运行具有重要作用。本文针对气液两相环状流流动参数——界面波特征参数和截面含气率,开展了实验测量技术和相关预测模型的分析研究,具体内容及创新性成果概括如下:1、在分析现有的测量技术的基础上,将近红外在线分析技术引入到两相流测量领域。根据O-H键的吸收谱带特征,选取二级倍频吸收谱带特征波长作为近红外光源波长,构建了基于近红外吸收技术的界面波参数和截面含气率测量传感器。根据近红外光谱吸收原理,功率谱测频和互相关测速等实验数据处理方法实现了气液两相环状流液膜厚度及界面波频率、速度等参数的测量。设计了基于电导法的直接液膜厚度测量传感器,提出了占空比权值算法和系统误差补偿算法,明显地改善了测量精度,实现了对界面波特征参数测量传感器的动态校准。2、针对工业现场工况压力较高现状,利用上述界面波参数测量传感器获得了154个0.2～0.9MPa五种压力条件下界面波波动速度实验数据,并利用该实验数据对现有四种垂直管扰动波速度预测模型进行了评价分析。通过引入气核中夹带液滴引起的密度增量和气核与液膜表面相对速度等参数,优化了界面剪切力界面扰动波速度预测模型结构,得到了改进后的垂直管环状流界面波速度预测模型。实验结果表明,该改进后模型的MAE为5.37%,其相对误差在±10%以内。3、利用线性化稳定性方程针对界面剪切力对界面波稳定性影响进行了研究。开展了0.3～0.9MPa范围内五种压力条件下界面波波动速度的实验研究,对现有六种水平管扰动波速度预测模型进行了评价,系统分析了系统压力变化对界面波速度的影响。引入了反映系统压力及管径变化的无量纲参数,建立了水平管界面扰动波速度预测模型。实验结果表明,优化后的模型在五种压力条件下的MAE为2.72%,90%以上预测结果的相对误差都在±10%以内。4、基于近红外光谱技术,设计了近红外截面含气率测量传感器。建立了考虑液膜吸收、夹带液滴散射和两相界面反射等因素的截面含气率预测模型。实验结果表明预测模型相对误差范围为-5.53%到7.34%,93.75%测量点的相对误差在±5%以内。