气液两相流广泛存在于核能、化工等领域。微通道气液两相流由于其通道的尺度减小到微米范围,产生了不同于常规尺度的流动和传热传质现象:气泡的界面受壁面限制,让气泡的精准操控成为可能;高的比表面积提高了壁面处相变传热效率。为了实现精准可控的化学反应过程,可将微流体与化学反应结合在一起。其中,一些气液反应也需要这种精确的流量控制,然而由于通道尺度的限制导致了两相混合困难,反应只在界面处发生,这会降低反应速度,限制了其应用前景。针对这个问题,基于微通道气液两相流流动和传热传质的特性,本文设计了一个气液反应的微通道芯片,通过聚焦型微通道生成气液混合流,然后流经T形微结构产生更多的气泡,提高气泡的生成效率,最后对生成的混合流进行加热使流体在界面处蒸发,从而在气泡体内部实现更高效的混合,提高反应速度。为了实现精准的气泡体积控制与界面蒸发效率,需要对微通道气液两相流的流动与传热传质理论进行深入的研究,以完善反应芯片设计。近年来,随着数值模拟和先进的微观测量技术的发展,微流体问题也有了更好的研究方法,更多的流动现象和毛细传热机理被发现,为理论基础的完善提供了重要的依据。论文针对微通道气液两相流中气泡的生成和破裂以及气液界面的蒸发进行了数值模拟和实验研究。本文主要包括:（1）从热力学平衡的角度对扩散界面法的界面方程进行推导,并建立了的动态接触角计算模型;（2）基于扩散界面法和动态接触角,模拟了两相流气泡在聚焦型微通道结构中的生成过程及影响因素;（3）模拟了生成的气泡在T形微通道结构的破裂,分析了稳定破裂的形成条件;（4）通过加入相变引起的传热传质源项,对扩散界面法进行改进,模拟了气液相界面的蒸发过程,研究了蒸发速率的影响因素;（5）利用高速相机和粒子速度成像系统,对毛细气液界面的蒸发过程进行了可视化研究,以对模拟结果进行补充。具体内容如下:文中首先在范德华（van der Waals）扩散界面理论的基础上从热力学平衡的角度对界面方程进行推导。通过平均场近似对流场的吉布斯自由能和混合能进行描述,得到了两相流的平衡方程,并基于平衡方程对稳态的相界面进行重构,然后根据局部混合物的浓度梯度对质量、动量和能量平衡方程的影响,推导瞬态形式的界面方程。接着建立了适用于界面方程的动态接触角计算模型,并通过毛细上升基础算例对扩散界面法和接触角模型进行验证。随后基于扩散界面法对微通道气液两相流气泡的形成过程进行了模拟,研究了气泡形成时的形态变化和运动特性,通过与实验的对比验证了模型的准确性。揭示了不同流量、流量比和主通道入口结构对其形成过程的影响规律。分析了表面张力和粘度对气泡形成过程的影响,并针对入口结构对气泡尺寸的影响进行了模拟。接着模拟了形成的气泡在T形微通道处的破裂过程,得到了三种气泡破裂方式,并选取阻塞的气泡这一稳定破裂过程进行研究。通过对毛细数和接触角的敏感性分析,提出临界气泡长度与临界气泡的Ca数和接触角关系的数学模型,模型计算结果与实验数据符合较好。并根据界面处最小表面能原理对破裂时的临界颈部宽度进行了理论研究,得到临界颈宽的计算式。然后通过在相界面方程中添加传热传质源项和蒸汽扩散带来的反作用力,修正了连续性方程、界面方程和能量方程,建立了界面蒸发速率的计算模型。研究了界面处的蒸发速率、流场和温度场的分布特性。对不同管径、接触角及过热度的毛细界面蒸发过程进行了数值模拟,得到了影响界面蒸发速率的规律,提出了毛细界面的蒸发速率计算式。最后对蒸发时的界面的形态变化及界面附近的流体运动现象进行了可视化实验研究。利用高速相机观测了不同的管径和不同加热功率下弯液面处毛细蒸发现象,分析了毛细蒸发的界面凹陷及接触线的移动和接触角的变化情况;通过粒子速度成像系统对弯液面附近的流场进行测量,研究了涡旋中心的移动及其频率的变化。在基于模拟得出的静态接触角毛细界面的蒸发速率公式的基础上,用实验得到的接触角变化趋势对模拟的蒸发速率计算式进行补充。本文对微通道气液两相流中气泡的形成和破裂以及毛细界面蒸发进行了模拟和实验研究,可为微流体工业和雾化器的优化提供实验数据和理论参考。