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热稳定性对壁湍流边界层厚度的影响

壁湍流，边界层厚度，层结稳定性，速度廓线

现有的高雷诺数湍流实验多集中在中性层结条件下，但自然中大气表面层流动大都发 生在非中性层结条件下，比方说北方春季多发的沙尘暴和风沙两相流，对非中性层接下的湍流研究有助于认识自然界中大多数真实的湍流和用来改进工业设备。为了得到不同层结 稳定性下的实验数，本研究利用兰州大学多功能风洞实验室，在风洞底板铺设加热板，对壁湍流边界层进行了二维风速和温度的同步测量，获得了不同层结稳定性下的壁湍流流动 数据。从获得的大量实验数据中，通过筛选数据和对数据的预处理得到了用于热稳定性下 的实验室风洞数据。基于这些数据进行了热浮力作用下边界层内速度廓线的分析，并比较 了不同层结稳定性参数下的边界层厚度的变化情况。研究结果表明了热稳定性对壁湍流边界层对数区内速度存在影响，且随着热不稳定性的增强，同一高度的流向平均速度会越小，垂向平均速度会增强。在不同层结稳定性条件下，定量上给出了含浮力的速度廓线的修正形式。通过速度廓线的修正形式确定了边界层厚度，得到了边界层厚度在不稳定层结下随层结稳定性参数的变化规律。