在目前的长距离陆上混输管道系统以及海洋油田混输生产系统中，段塞流是一种常见的流动现象。由于长气泡尾部破碎引起的液塞头部卷吸气体的现象对段塞流的一些关键参数比如液塞长度、液塞速度以及压降等有较大的影响。深入研究液塞头部和液膜区的速度特性以及液塞区含气率分布、小气泡尺寸分布等分散气泡的特征参数对于了解液塞头部气体卷吸现象的本质以及发生机理有很大的帮助，有必要对此进行实验及理论研究。　　本文在实验室建造了两套实验环路，小环路实验段为内径50mm的有机玻璃管，放置在可调角度的桁架上，用于构造固定液塞进行液塞区局部相界面参数测量;大环路由内径55mm的不锈钢管道组成，主要进行连续段塞流实验，对段塞流的液塞长度、液塞速度、液塞频率等宏观参数以及液塞区的局部相界面参数进行了测量研究。本实验主要测试手段为可沿管内径向移动的双头电导探针、单头电导探针以及高精度的压力传感器和差压变送器。　　本文进行了水平管以及不同倾角下的固定液塞实验，使用双头电导探针对液塞区的局部含气率、气泡频率、气泡速度、气泡尺寸等相界面参数进行了定量测量，并且对液塞头部水跃面的压力与压差参数进行了研究。实验发现在液塞区存在着湍流剪切层，该区域内含气率和气泡频率在径向分布上均存在峰值。随着距液塞头部轴向距离的增大，湍流剪切层的厚度变大，湍流强度减弱直到难以辨认。经实验探索，提出一种测量液塞头部气体卷吸率的方法，实验结果显示，气体卷吸率与液塞头部液膜区Fr数和Re数成正比，提出了新的气体卷吸率预测模型，与实验很好相符。小气泡的速度径向分布显示在混合区域靠近管底部的速度边界层区域速度梯度很大，在液塞下游的充分发展区域，气泡速度径向分布与1/7次幂率曲线吻合很好。液塞区的气泡弦长分布可以用对数正态分布曲线很好地拟合，在较小的气泡弦长处存在尺寸谱分布的峰值。倾角对固定液塞区的气体卷吸有一定影响，随着上倾角度的增大，在同样的液相流量下，湍流剪切层区域的湍流强度增大，流动在轴向上的发展更快。　　进行了不同液相物性的实验，使用了三种不同浓度的水-十二烷基苯磺酸钠溶液来改变液相的表面张力，使用了三种不同浓度的水-羧甲基纤维素钠溶液来改变液相的粘度。实验发现液相物性改变后，固定液塞区域的气体卷吸结构没有明显改变，仍存在着湍流剪切层。随着液相表面张力的降低，流动的发展变慢，液塞充气区域在轴向上变长;对不同区域的气泡尺寸研究表明，气泡在液塞头部区域更容易破碎，而在液塞尾部区域更难以聚合。对气泡尺寸的研究表明，随着液相粘度的增大，气泡在液塞头部区域更容易破碎，在液塞尾部区域更容易聚合。　　进行了连续段塞流宏观参数以及液塞区局部相界面参数分布的测量，宏观参数实验发现液塞速度的测量值与混合速度的关系和Theron的模型吻合很好，通过拟合得到了新的经验系数CO。通过对同一工况不同径向位置处的液塞长度进行测量，得到了大致的液塞尾部的形状。对所有测量点处得到的液塞长度进行了概率密度分布统计，发现可以由对数正态分布函数很好地拟合。液塞区局部参数测量发现气泡频率和含气率的径向分布在管道中有一个峰值，这说明连续段塞流液塞头部同样存在着湍流剪切层。随着距液塞头部轴向距离的增大，湍流剪切层的强度变弱，不同工况的截面平均含气率近似以指数规律下降，在某一轴向位置处达到大致稳定。随着气相折算速度的增加，同一轴向位置处截面平均含气率增大，液塞区混合区域的长度也增大。对气泡速度分布的测量发现随着距液塞头部轴向距离的增大，在管道底部区域气泡速度逐渐增加，但增速变缓;在管道顶部区域气泡速度逐渐减小，但减小的趋势也变缓。最终在深入液塞一定距离处速度径向分布曲线呈现中心峰值的近似抛物线分布，可以认为液塞内部的速度场达到了充分发展。