● 摘要
考虑到条带和流向涡结构在湍动能生成中的重要作用，在壁面布置规则的粗糙颗粒，能够通过规则化近壁湍流结构来影响近壁循环。本文采用PIV流动测速技术，研究具有规则形态的壁面粗糙颗粒对湍流边界层近壁拟序结构的影响，讨论了粗糙颗粒雷诺数和粗糙颗粒展向间距两个控制参数。本文的主要结论为：
1.粗糙颗粒下游的时均尾迹亏损区在流向涡对“抬升效应”作用下逐渐转变为时均高速条带，转变自下而上发生，同时相邻粗糙颗粒之间的时均流速由高速区逐渐转变为低速条带。在法向高度较低时粗糙颗粒近下游会出现“双峰”状流向脉动速度高速区，随后两个高速区逐渐合并，然后在粘性作用下逐渐衰减。
2.时均条带的振幅沿流向先减小后增大，条带振幅最小值对应的流向位置随法向高度增高逐渐后移；而当粗糙颗粒间距变小后，条带振幅比相同雷诺数下较大间距时大。湍流能量在法向高度较低时随流向逐渐降低，反之逐渐增大。湍流能量与雷诺数呈现负相关。
3.波谱分析表明：流向涡对只存在于近粗糙元的有限流向范围内。当粗糙间距较大时，规则化的条带结构能够在远下游持续较长的距离，而粗糙间距较小时则存在范围较短。
4.粗糙尾迹区到高速条带结构的转折点xtr随法向高度的增大而向下游移动， xtr随法向高度增大的斜率与粗糙雷诺数正相关。而粗糙颗粒间距减小后，低速/高速条带的转折点xtr向上游移动。