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两相流动在自然环境和工业应用中扮演着十分重要的角色,颗粒与湍流的相互作用是近些年来流体力学研究的热点问题。自超大尺度相干结构（VLSMs）在高雷诺数壁湍流中被发现以来,国内外学者对VLSMs的含能、尺度以及产生机制等问题开展了一系列的研究。然而颗粒对VLSMs的影响以及大气表面层（ASL）中PM10的空间结构尚不明确。本论文基于兰州大学在青土湖地区建立的三维观测列阵（以下简称“QLOA”）,对沙尘暴过程以及净风流动进行了多物理量同步观测,包括三维风速、PM10（颗粒粒径小于10μm）浓度、近地表输沙强度等,基于严格的野外实验数据的筛选以及预处理,获取了可用于壁湍流研究的净风流动的三维风速、含沙尘流动的三维风速以及含沙尘流动的PM10浓度数据。含沙尘流动中,沙粒的平均粒径dp为70-105mm,含沙流场的特征尺度（Kolmogorov length scale）为（3.5-7.2）×10-4 m,颗粒与流场的特征尺度的尺度比为0.1-0.3,ASL沙尘的体积分数Φv<10-6。通过对这些高质量数据的详细分析,本论文对ASL净风及含沙尘流动中的VLSMs进行了对比分析,得到以下结论:1)通过净风流动和含沙流动的对比分析,本论文发现颗粒会增加所有尺度湍流脉动的能量,但颗粒对小尺度湍流能量的增强更加显著,导致VLSMs在含沙流动中的能量占比下降;VLSMs的结构倾斜角度会随着输沙强度的增大而增大,这是因为颗粒显著降低了流向速度梯度;VLSMs的流向尺度以及最大含能涡的尺度未受颗粒相的显著影响;基于不同尺度湍流脉动间的幅值调制系数的分析,本论文还发现含沙流动中大尺度结构对小尺度脉动的幅值调制作用增强,幅值调制系数大于净风流动情形,且随着输沙强度增大而增大。2)基于PM10脉动的两点相关分析,本论文发现沙尘暴过程中PM10浓度场也存在和流场相似的VLSMs。定量的分析表明,沙尘的倾斜角度显著大于流场的倾斜角度,却和垂向脉动风速结构的倾斜角度相当,这意味着沙尘的垂向输运对沙尘结构的倾角起决定性作用;沙尘的流向和垂向尺度在近地表远大于流场的流向和垂向尺度,但随着高度的增加,沙尘的空间尺度和流场结构的空间尺度一致。3)通过分析阵风结构和VLSMs对湍动能及动量的贡献,本论文还发现阵风其实只包含了部分的VLSMs却丢失了全部的LSMs,阵风丢失的大尺度相干结构对湍动能和动量的贡献能够达到53%和67%。与阵风结构相比,VLSMs可以更好的描述ASL流动中的相干结构。4)通过对非稳定层结流动中湍流结构的分析,本论文发现热力作用对VLSMs的流向尺度、VLSMs的能量占比以及VLSMs的倾斜角度具有显著影响,本论文给出了ASL净风和含沙流动中考虑了受高度和the stability parameter|z/L|影响的VLSMs的流向尺度和能量占比的表征公式;通过对非稳定流动中沙尘结构的分析,本论文还发现随着the stability parameter|z/L|增大,沙尘的空间尺度（流向和垂向尺度）逐渐增大。