气泡的发生、膨胀、凝并和破碎,在生活中随处可见,也普遍存在于蒸发器、两相反应器、介质雾化器等涉及气液两相流动的工业设备中。在两相流体系中,气体通常以气泡形式分散到液体中,气泡的形成、发展及破碎过程是影响气液两相流的重要参数。如气泡雾化过程中,气泡的破碎有利于减小颗粒平均直径、强化液雾蒸发,而锅炉汽包内的气泡破碎可使蒸汽带水量提高,降低工作效率。因此对气泡破碎的相关研究,具有一定的实际意义和工程价值。本文首先利用实验方法,对自由空间内悬挂气泡的破碎过程及行为现象进行了探究,利用高速摄像对气泡破碎过程进行拍摄。自由空间内气泡破碎过程可分为排液、成孔、液膜卷曲、射流四个过程。排液过程所需时间定义为气泡自然破碎的“气泡寿命”,与液膜质量和气泡尺度有关;成孔过程,自由空间内气泡形成初始破裂点的位置随机出现,且顶部概率最大;液膜卷曲过程,曲面液膜整体呈现径向收缩现象,且随着气泡曲率半径的减小,收缩更为明显;射流过程,液膜收缩成一团,聚焦效应造成剩余液膜向初始破裂点方向喷射。气泡的破碎过程一个复杂的非线性不稳定发展过程,在不同的环境条件和液膜物性下表现出不同的规律,受溶液表面张力系数、粘度、气泡尺度、液膜厚度等多个因素影响。吹泡溶液表面张力系数越大,排液时间越短,液膜厚度越均匀性,破碎末期射流越明显;溶液粘度越大,越不易成泡,破碎卷曲过程中膜液滴数量越少,越不易形成射流;气泡初始直径越大,卷曲平均速率越小,形成的膜液滴数量越多,膜液滴空间分布越广;随着液膜厚度增加,边缘液膜卷曲持续时间变长,液线断裂形成的膜液滴和喷射液滴也越多。利用理论方法探究了气泡破碎前后的整体受力情况,气泡破碎过程中半封闭曲面液膜整体形变是受力情况发生变化的结果。基于质量守恒、动量守恒和能量守恒,研究了曲面液膜破碎过程各个阶段的边缘液膜卷曲特性。悬挂气泡排液过程导致的液膜厚度局部减薄,是造成气泡破碎初始阶段边缘液膜卷曲角速度增大的主要原因;在扰动波延迟阶段,边缘液膜堆积、质量增大导致卷曲角速度呈现逐渐降低的趋势;在膜液滴分离阶段,边缘液膜卷曲角速度基本维持不变,破碎液膜表面势能主要转化为膜液滴分离动能和边缘液膜切向/径向动能。本文研究成果丰富了对气泡破碎行为规律及机理的理解,对解决相关工程中实际问题具有一定指导意义。