U形管作为基本的流动与传热组件广泛应用在蒸发器、冷凝器、蒸汽发生器、汽水换热器等两相流热交换器中。与直管相比,两相流体在U形管内受到离心力、重力、浮力等作用产生二次流和复杂多变的流动形态,不同流型也会诱导换热管的振动。这些对换热器的压降传热及安全性能有重要的影响。因此,研究U形管内两相流的流动特征、阻力特性以及流体诱导振动特性,可为U形管换热设备的设计和安全运行提供重要的理论依据。本文采用实验研究及理论分析方法,对U形管内气液两相流的流动及诱导振动特性进行了系统研究,主要成果如下:搭建了空气和水两相流在横向U形管内流动的实验台,研究了 U形管直管内两相流的流动特性。采用高速摄像仪获得了 U形弯头和直管段内的两相流动图像,并用压力传感器测量了弯头上下游直管段轴向多测点压力梯度的变化,结果表明弯头邻近直管段的压力梯度远大于远端直管段的压力梯度;通过分析直管压力梯度沿轴向的变化规律,给出了各实验工况下U形弯头对直管的无量纲干扰长度Lp/D,发现实验范围内Lp/D<60。同时分析了无量纲干扰长度的影响因素,发现随体积含气率β的增大,Lp/D呈现先缓慢增大而后急剧降低的右偏单峰式分布,且在^为0.9左右时达到最大。无量纲两相混合弗劳德数Frm、两相韦伯数Wem、两相迪恩数Dnm对无量纲干扰长度Lp/D的影响规律类似,Lp/D)随这些无量纲参数的增加都表现为先增大后减小的单驼峰式分布。结合无量纲参数β、Frm、Wem和Dnm,建立了 U形弯头对上下游直管干扰长度的预测公式。通过分析U形管直管内压力脉动规律,发现气液两相流压力脉动以波的形式传播,并且在传播的过程中波的脉动频率不变,但脉动的能量逐渐衰减。利用可视化技术并结合压降波动规律对空气-水在横向放置U形管内流动的流型进行了客观识别。实验范围内发现了分层-塞状流/分层-搅拌流、塞状-泡状流、段塞-波形流、环状-波形流和环状弥散流等5种流型。并在此基础上,提出了基于气相表观流速和液相表观流速的流型图。受重力与离心力的作用,低气相和液相流速时的流型表现为特殊的分层-塞状流和分层-搅拌流,不同于水平直管时的分层流和垂直直管时的泡状和弹状流。所以其他弯曲通道小流速工况下的流型也需要得到格外关注。通过分析压降波动规律获得了功率谱分布的偏度SKEPSD与时域波动的多尺度熵率RMSE指标,并提出了基于SKEPSD-RMSE定量客观识别U形管内流型的新方法,此结果可为工业现场非透明U形通道内两相流流型的在线识别提供指导。实验研究了 U形管内气液两相流压降损失特性。分析了 U形管内压力梯度变化的影响因素,结果表明气相和液相表观流速一定时,U形管内气液两相流压力梯度随管径的增大而减小。另外,不同液相表观流速下,U形管内压力梯度随气相表观流速的增加而增大;气相表观流速一定时,U形管内压力梯度随液相表观流速的增加近似呈现线性增长的趋势,且线性增长速率随气相表观流速的增加而增大。此外,在低液相和气相表观流速时,流动方向对U形管内压力梯度的影响较大,且向下流动时的压力梯度大于向上流动的。这主要是因为液柱向下流经塞状气泡与管壁之间通道时而引起节流效应;塞状气泡的长度与直径越大,流动方向对U形管内压力梯度的影响越明显。但在高气相表观流速时,流动方向对U形管内两相流压力梯度影响较小。将本文U形管弯头压降实验值与已有U形弯头压降预测关联式进行了比较评价,发现已有文献预测关联式不能准确的预测横向放置U形弯头内气液两相流的压降。最后根据压降损失实验结果及影响因素的分析,给出了 U形管内气液两相流压降损失的预测模型。实验研究了横向U形管内气液两相流诱导振动的动态响应特性。对不同流型下的诱导振动形式和强度研究,发现两相流诱导振动主要表现为面内方向低频下的拍振现象;振动强度由大到小依次为段塞-波形流、环状-波形流、环状-弥散流、塞状-泡状流和分层-塞状流。研究U形管轴向位置的动态响应变化规律,结果表明从入口直管至90度U形管位置、再到出口直管,频谱幅值呈现两侧近似对称的抛物线变化,在90度位置处的振动强度达到最大。分析气相表观流速Ug、液相表观流速U1和体积含气率β对振动响应强度的影响;发现不同U1下,振动响应强度随Ug的增加呈现先缓慢增长而后快速增大的趋势,快速增大的分界线约为Ug=1m/s;不同Ug时,振动响应强度随Ul的增加逐渐增大;结合可视化图像得出主要原因为两相湍流度的强弱及液弹的冲击作用。较小体积含气率β时,U形管振动强度随β的增加呈现非常缓慢增长的趋势;当体积含气率β增加到某节点时,振动强度快速增大,且快速增大的β节点随液相表观流速Ul的增加而降低。上述研究成果,可为U形管作为基本组件的热交换器和输流管路的研发、设计和运行提供理论基础。