由于臭氧层破坏和全球变暖等环境问题，氟利昂制冷剂的应用受到限制，天然制冷剂的研究又重新引起了工业界和学术界日益增长的兴趣。氨(R717)作为一种具有良好热力学性能的天然制冷剂，已经在大型工业制冷系统中应用了超过一个世纪。但是由于R717存在一定的毒性及可燃性，近年来国内R717冷库事故频繁发生，研制小管径的紧凑式换热器以及采用与R717互溶的润滑油简化R717制冷系统是减少R717充注量、降低安全风险的重要措施。但是关于R717制冷剂在小管径管内流动沸腾换热及压降特性的研究非常缺乏，而R717-互溶润滑油混合物管内流动沸腾的研究更没有涉及。因此，本文针对R717及R717-互溶润滑油混合物在小管径管内流动沸腾换热与压降特性开展实验研究与理论分析，具有重要的理论意义和应用价值。本文的主要工作包括以下几个方面:　　(1)设计并搭建了一套R717-互溶润滑油(PAG)混合物管内流动沸腾换热及两相流动压降测试实验系统。该实验系统采用磁力驱动齿轮泵作为动力源，其优点是不需润滑油润滑且可在很大范围内实现流量调节。预热器和控制加热器设计为乙二醇水溶液加热的方式增加了实验系统的安全性。实验系统采用两个PID控制器来控制输入制冷剂环路的冷量和热量，可以更快速精确地实现测试工况的切换和稳定。通过计算分析得到局部换热系数的相对不确定度范围为1.78％-8.27％，R717单相换热系数的实验值与经验公式计算值的误差在±12％以内，验证了实验系统测试的准确性。　　(2)实验测试了R717在4mm和8mm管内流动沸腾换热的特性。基于实验结果详细分析了干度、质量流速、热流密度、饱和温度和管径对流动沸腾换热系数的影响。结果表明4mm管内的流动沸腾换热主要受对流蒸发换热机制主导，而8mm管内的流动沸腾换热在低干度区域受核态沸腾换热机制主导，在高干度区域受对流蒸发换热机制主导。此外，8mm管内的流动沸腾换热系数呈现出大于或等于4mm管内的值。这主要是因为流动形态的改变造成的，在4mm管内流动处于层流状态，而在8mm管内处于层流到湍流的过渡状态。将流动沸腾换热系数的实验数据与9种预测模型进行对比，结果显示Gungor-Winterton(1987)预测模型的精度较高，其平均绝对偏差为20.1％，76.5％的数据点在±30％的偏差范围内。在该预测模型基础上通过无量纲参数的分析引入邦德数表征管径的影响并对单相对流换热系数进行修正使其可适用于层流情况。本文修正的预测模型的平均绝对偏差为16.7％，且86.9％的实验数据在±30％的偏差范围内。　　(3)实验研究了R717在4mm和8mm管内两相流动压降的特性。重点分析了干度、质量流速、饱和温度和管径对两相摩擦压力梯度的影响。实验结果表明，两相摩擦压力梯度随着干度和质量流速的增大而增大，随着饱和温度的升高而减小，同时管径的减小会使得两相摩擦压力梯度增大。通过将R717两相摩擦压力梯度的实验数据与8种预测模型进行对比发现，Müller-Steinhagen-Heck(1986)预测模型的精度最高，其可以预测80.2％的数据点在±30％的偏差范围内，平均绝对偏差为21.3％。通过具体分析Müller-Steinhagen-Heck(1986)预测模型的机理，引入表征工况参数和管径影响的雷诺数和邦德数对其进行修正。本文修正的预测模型可以预测89.2％的实验数据在±30％的偏差范围内，且平均绝对偏差仅为13.5％。　　(4)开展了R717-PAG混合物在4mm和8mm管内流动沸腾换热和两相流动压降的实验研究。基于润滑油的物性建立了R717-PAG混合物物性的数学模型，以便对实验结果进行机理性分析。PAG润滑油的表面张力与R717接近，故不会对核态沸腾换热机制造成明显影响。但是PAG润滑油的引入会使混合物的粘度急剧增大，进而使得管内流动的雷诺数减小，雷诺数减小会使湍流状态下的对流换热系数降低，而层流状态下的对流换热系数与雷诺数无关。因此PAG润滑油的引入对4mm管内的流动沸腾换热系数影响较小，但是会造成8mm管内的流动沸腾换热系数明显降低，这最终导致了4mm管内的流动沸腾换热系数在较大干度区域内呈现出大于或者等于8mm管内流动沸腾换热系数的特征，表明加入互溶润滑油后，R717在小管径管内有望得到更高的流动沸腾换热性能。对于两相流动压降的特性，由于PAG润滑油不仅会使混合物的粘度增大，同时也会使混合物密度也增大，而密度和粘度对两相流动压降的作用相反，因此使得在大部分干度区域内，PAG润滑油的引入对两相流动压降的影响较小，仅在干度很大时会造成两相流动压降随润滑油浓度增大而升高的趋势。　　本文进行了小管径管内R717及R717-互溶润滑油混合物流动沸腾特性的实验研究，得到了流动沸腾换热系数和两相流动压降的实验数据，同时修正了传统预测模型使得其对于R717在小管径管内流动沸腾换热和两相流动压降的预测精度提升。此外，首次开展了R717-互溶润滑油混合物管内流动沸腾的实验研究，明确了该互溶润滑油对管内流动沸腾换热及两相流动压降的影响机理。本文的研究工作为低充注量氨制冷系统的研究及应用提供了理论基础和数据支撑。