在气液两相系统中,存在着大量气泡。气泡的形成、生长和运动规律是气液两相流的基本问题,是相关机械设备设计、制造、使用及维护的重要依据。在运动的整个过程中,气泡的受力是复杂多变的,而曳力的影响始终存在。近年来许多学者越来越关注曳力系数的研究,取得了一系列研究成果。然而,大部分研究仅针对气泡匀速运动情况,且对曳力系数的影响因素考虑不够全面,没有得到一般性的曳力系数公式。针对目前存在的问题,本文从以下几个方面进行研究。以OLYMPUS i-SPEED3高速动态摄像机为基础,搭建了观测单气泡在静水中运动的实验系统,完成了不同规格不锈钢针头产生气泡及气泡运动过程的高速动态拍摄,得到了气泡的运动轨迹、形貌、速度、加速度等信息;利用Image-Pro Plus7.0软件对数据进行处理分析,将气泡的运动分为加速段和匀速段,分别讨论了气泡在这两个阶段中的运动特性。讨论了气泡运动过程中的受力情况,利用实验数据,得出了用于加速段和匀速段计算曳力系数的理论公式;利用白金汉?定理进行了无因次分析,推导了曳力系数的计算公式;在此基础上,利用最小二乘拟合,建立了变形系数与无量纲参数的关系式,并对经典公式进行修正,得出加速段和匀速段曳力模型;通过与实验数据和经典公式进行对比,证明了本文中对曳力系数公式的准确性和可靠性。利用PIV技术,对单气泡在静水中的运动进行了拍摄,以此对气泡周围的流场、气泡运动和变形规律进行了分析:单气泡在去离子水中运动时,气泡上方和下方液体的速度最大,两侧液体向下运动且速度随着距离的增大而减小;当气泡直径较大时,气泡运动轨迹呈之字形,变形量较大,且直径越大变形越明显,在剪切力的作用下形成涡旋,并在之字形上升轨迹的拐点位置脱落;随着气泡直径的减小,气泡运动趋于直线,且流场在气泡的正上、下方各有一个高速区域,随着与气泡距离的增大,速度逐渐减小。本文利用高速动态粒子成像测量技术对气泡的运动特性和周围流场情况进行了分析,建立了考虑因素更加全面的曳力系数模型,扩大了曳力系数模型的适用范围,为后续理论研究和工程应用提供了参考依据。