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气泡发生器广泛应用于化工、矿业及核工业等领域中，气泡发生器的结构尺寸对它的性能影响很大，合理的结构对提高气泡发生器的工作效率具有重要意义。本文的目的是通过数值模拟和实验测量，探索气泡发生器内部流场的规律，从而为设计结构合理的气泡发生器提供科学的依据。
本文分析了气泡发生器内部流场，将气泡发生器内部流场简化为液气两相同轴受限射流模型，用数值模拟和实验研究了气泡发生器内部的流场，并根据研究结果提出了气泡发生器的优化设计方案，为进一步研究改进气泡发生器，设计高效率的气泡发生器打下基础。本文所做的主要工作如下：
一.气泡发生器设计中流动参数和结构参数的匹配是关键的因素，直接影响气泡发生器使用效果。针对现有的气泡发生器缺乏流体力学机理研究，缺乏流动参数和结构参数合理匹配的现状，根据射流泵原理，设计并制造了气泡发生器的实验装置，并同时搭建了用于测量气泡发生器内部流场的3分量激光多普勒测速实验装置。
二.建立了用于数值模拟气泡发生器内部流场数的数学模型，数值模拟了气泡发生器单相引射的同轴受限射流流场。模拟结果显示喉管段入口较紊乱，沿流向喉管段后部运动平稳，湍动能和湍流强度在喷嘴入口、吸入口、混合室及喉管入口处较大；大的吸入口直径有利于提高吸气效率；过大或过小的喉管直径都不利于掺混产泡的进行；喉管长度不宜过长，以两相湍流为充分发展时的长度为宜。
三.数值模拟了气泡发生器中液体引射气体的两相同轴受限射流流场，使用VOF方法建立了气泡发生器内部流场的数学模型，并用标准的两相κ-ε湍流模型模拟了气泡发生器两相流场。数值模拟结果表明，两相同轴受限射流比单相同轴受限射流更加复杂，流场运动的紊乱程度更高，在混合室内产生角区分离，喉管段内伴随着强烈的涡旋流动，扩散段还有迥流和湍塞现象，通过吸入口的流体质点运动轨迹比单相引射时扭曲，说明两相引射比单相引射具有更复杂的运动规律。
四.利用激光多普勒测速技术测量了气泡发生器内部平均流场。实验结果表明，过低的喷嘴射流出口速度不利于流体在喉管内的卷吸和掺混作用；低的喷嘴射流出口速度会导致喉管内流动的分层，并在沿流动方向横断面的上部分区域形成相对高速的气体流动区域，并在此区域形成涡旋流动，而在横断面的下部分形成低速的液相运动；高的喷嘴射流出口速度使得喉管内的紊乱掺混作用强烈和均匀。实验结果还表明，数值模拟结果与实验结果有很好的吻合性。利用子波能谱分析的能量最大准则，提出了子波分析自动辨识液气两相流中液、气两相的方法。
五.提出了改进方案，通过模型结构对湍流流场的影响的分析，以及混合室内分离现象的研究，综合考虑各种影响，得出对原有物理模型φd=40mm、φD=40mm及L=600mm进行改进。改进后模型结构为φd=40mm、φD=40mm及L=500mm，即减小原模型的喉管长度。同时改变混合室结构形状，混合室取消角区，将混合室的形状从横卧的圆柱体改为上下对称流线旋转体形状，并适当延长混合室轴(流)向长度，将吸入口从竖直方向改为向后倾斜方向，尽量消除角区的分离涡及其对引射进口吸入流体效率的影响，这样的修改有利于增加吸入流量、节省吸入动能，从而提高掺混产泡效率。