随着经济的迅速发展,能源需求急剧增加,供需矛盾日益突出,提高能源利用率或者开发新能源已迫在眉睫。单螺杆膨胀机系统以转速低、膨胀比大、效率高、适用范围广等优点被认为是解决能源矛盾的一种有效手段,被广泛应用于烟气余热回收、中低温地热发电等方面。目前对于该系统的研究主要集中于加工及性能方面,缺乏对系统内部多相流动特性的研究,系统内部多相流动特性也是影响其运行的重要因素。然而,单螺杆螺旋通道为不规则变截面通道,结构复杂,加大了实验观察的难度。本课题基于螺杆螺旋通道,设计了矩形截面螺旋通道,通过研究矩形螺旋通道内的气液两相流动情况,对单螺杆螺旋通道内流动特性进行指导。首先,基于直径175mm的单螺杆膨胀机,采用透明有机玻璃加工相同直径的矩形截面螺旋通道,借助高速摄像机,以空气-水为工质对水平放置矩形螺旋通道内的气-液两相流动特性进行可视化研究。得到了不同周角位置处不稳定脉冲流、泡状流、间歇流及环状流四种流型的运动特征,绘制了流型图,并采用量纲分析法得到了间歇流向泡状流及间歇流向环状流转变的界限方程。此外还对间歇流时,气弹尺寸和气弹液膜分布规律进行了分析。其次,利用差压变送器采集矩形螺旋通道内单相水及气-液两相流的压降信息,理论分析了单相及两相压降变化规律,分别基于单相Ito关联式和两相L-M分相流模型,分析得到了水平放置矩形截面螺旋通道内单相及气液两相压降计算关系式,误差皆在30%范围内。此外,对压差波动信息进行了分析,得到了不同流型的压差波动特点。最后,分别利用快关阀门法和电导探针法对通道全管圈平均截面含气率(?)和螺旋第二周水平位置(540°)处局部含气率α进行了实验测量。得到了不同流型下平均截面含气率(?)的和局部含气率α的变化规律,用分流型法对平均截面含气率(?)与体积含气率β的关系进行了分析,拟合了预测关联式。此外,选取合适的阈值,研究了测点位置处局部含气率α沿通道径向方向的变化规律,利用探针测量信号特征进行了流型的识别。