流型是气液两相流研究的基础。相对于直管,螺旋管内气液两相流流型研究仍不够充分。在离心力的作用下,螺旋管内的两相流动变得更为复杂,流型及其转换规律也具有特殊性。本文针对立式螺旋管开展了气液两相流流型及转换机理的实验和理论研究。首先,建立了螺旋管气液两相流实验系统。实验以空气和水为介质,实验段采用3组内径为0.016 m,倾斜角度为3.66°,螺旋直径分别为0.2、0.4和0.8 m的螺旋管。采用电导探针作为主要测量手段,把气泡弦长、液弹长度和含气率作为流型划分依据,排除了流型划分的主观性,同时利用高速摄影详细记录了流型转换过程中相界面的变化规律。实验表明,螺旋管气液两相流流型可分为泡状流、塞状流、弹状流、波状流、环状流与类环状流共6种类型。在离心力作用下,各流型的流动特性与直管存在明显差别,如泡状流气泡极为密集地分布在螺旋管内侧以及上部;环状流液膜分布极不均匀,存在液膜反转的现象。之后,为实现客观、快速的流型划分,本文提出了基于气泡弦长、液弹长度和含气率的量化流型划分依据,利用电导探针确定流型边界,得到覆盖流量范围较大的流型图。与倾斜直管相比,螺旋管流型图上泡状流分布区域减小,波状流区域增加,并且随着螺旋直径的减小,泡状流向塞状流的转换加速,泡状流区域不断减小,而弹状流向类环状流转换所需要的气体流量稍有降低。最后对泡状流-塞状流、弹状流-波状流、弹状流-类环状流、类环状流-环状流、波状流-环状流共5条流型转换边界进行了理论分析,建立了流型转换的物理模型,并基于实验数据提出了半经验性的预测公式,形成了覆盖螺旋管、水平直管和倾斜直管的流型转换理论模型。经比较,该模型预测结果与实验结果符合良好。最后基于该模型讨论了几何参数(螺旋直径、管径以及倾斜角度)与物性参数(气相、液相密度以及表观张力系数)对流型分布的影响。螺旋管内气液两相流流型研究为后续热工水力的研究建立理论基础,也为相关设备的设计、运行提供依据。