采用闪蒸—换热一体化技术的蒸发热水塔,是煤气化工艺中渣水处理模块的核心设备。蒸汽在热水室塔板上以鼓泡的形式与冷却水进行直接接触并发生相变热质传递,因此探究塔板上气泡的变化特性是理解热水塔内热质传递规律的基础。本文以蒸发热水塔内气泡为研究对象,搭建了可视化热水室塔体,借助高速相机和计算机辅助软件研究了热水室内蒸汽、氮气、二氧化碳等不同气体气泡生长运动特性和液膜破裂,以及气液流量、固体颗粒、塔板条件对气泡运动特性的影响,并使用模拟方法进行了验证。论文研究结果有助于优化工业热水塔设计和运行。（1）基于可视化观测,发现可将气泡运动周期分为三个阶段:气泡形成区,上升运动区和表面振荡破碎区。在形成区内,气泡等效半径和形心轴向运动速率迅速增大,气泡长径比由大变小;在上升区内,气泡等效半径缓慢增加;在振荡破碎区,气泡等效半径持续增加后迅速减小,长径比剧烈变化。蒸汽气泡运动速率在形成区内迅速增加,在脱离开孔后平稳波动;氮气气泡的形心运动速率随时间增加;二氧化碳气泡运动速率在脱离塔孔后保持稳定;气泡的形成区时间随着冷却水流量和气相流量的增加而减小,气泡离开塔板时的脱离半径随着液相流量的增加而减小;二氧化碳气泡的脱离半径随气相流量增加的增幅最大。对单孔塔板气泡运动建立了数学模型,气泡半径的预测值与实验值误差小于10%,表明所建立的模型能较好预测单气泡形状、速度场及流场方向。研究还发现在上升过程中会形成从气泡底部开始出现的中空现象。对于氮气-蒸汽混合气泡,氮气占比的增加会加速气泡的形成并减少振荡破碎区的时间占比,恶化了塔内冷凝过程。（2）将固体飞灰颗粒带入热水塔,通过捕获出气口和出液口处的固体颗粒,可计算得到经过热质传递过程后固相的脱除效率。结果表明带入飞灰颗粒和增加不凝性气体流量均会减少气泡的形成时间并增加破碎区占比,即带入飞灰颗粒有利于气泡的破碎过程,强化了塔内传热传质。95%以上的飞灰颗粒可以经由塔板脱除,颗粒直径大于20μm的飞灰能全部被液相捕获,粒径较小的固体颗粒（2-3 μm）脱除效率最低。各级颗粒的脱除效率随N2流量的增加而下降。塔内热质传递过程随蒸汽氮气比α减小而增强。对塔体微元段建立了传热模型并拟合关联得到塔内传热单元数与动能因子的关联式,NTUL=0.20·FP-1.34。（3）对热水塔内多气泡运动过程进行了可视化实验,并建立了双孔气泡模拟模型和气泡受力分析,并研究了气液流量、气体特性、孔间距对同轴双气泡、双孔两气泡运动特性的影响。结果表明:在横向水流的作用下,气泡轨迹是向溢流堰侧的震荡上升,液相流量的增加会加强流场的返流效应而使气泡上升过程中偏移减小,进口气流速度的增大会缩短气泡的形成时间并加速气泡的破碎过程,同时使增加了气泡的尺寸。对于同轴双气泡,顶部气泡的运动速度在迅速增加后稳定波动;对于尾部气泡,在顶部气泡的流场影响下其速度会迅速达到峰值。单孔气泡比双孔气泡的形成时间长。双孔气泡会相互影响,靠近液相入口的左气泡BL在气泡形成初期和上升期波动更为剧烈。在气速较低时,双气泡运动轨迹会呈现相互“靠近—远离—再靠近”的过程。低气速条件下的模拟结果与实验结果较为吻合,BL内部存在更多涡流导致形状变化与速度比BR剧烈,BR受到壁面效应影响其长径比变化较小。随着气相流量增加,两个气泡的上升运动轨迹趋于一致。由于进液口扰流作用,左气泡BL的出现时间早,脱离时间晚,稳定程度弱于右气泡BR。（4）通过对气泡上升至自由液面后的破裂过程进行观测,研究了不同气体气泡的液膜破裂情况、气泡破裂点分布、液膜移动速度和破裂产生液滴数量。结果表明:气泡上升到自由液面后由于液体表面张力和水的重力影响被压回水面,经过一段波动之后在液面上形成二次破裂。破裂过程为液面上方的气泡液帽表面由于液膜不均匀性会形成一个破裂点,然后液膜沿着破裂点形成环状不断移动,最后破裂成液滴。将破裂点位置划分为气泡顶部、中部和底部三种情况。71%的蒸汽气泡破裂发生在气泡顶部,中部破裂和底部破裂的所占比例较少,产生的膜液滴较少;氮气气泡主要分布于中部和底部;47%的二氧化碳气泡破裂点位于顶部,位于中部和底部的情况依次减少。液膜瞬时速度与膜厚有关,液膜整体移动速度与气泡破裂半径成反比,拟合得到的关系式与实验结果吻合度较高。气泡破裂产生的液滴数量与破裂半径R2成正比,与气体性质关系不明显。