固体颗粒对半球粗糙元扰流结构影响研究,既为粗糙壁面液固两相研究奠定基础,也为光滑壁面液固两相研究有借鉴意义以及为工程应用提供参考。本文利用粒子图像测速技术（particle image velocimetry,PIV）研究固体颗粒对放置在平板层流边界层中半球粗糙元尾迹的影响。实验采集了清水和加入粒径为140μm、220μm、350μm聚苯乙烯固体颗粒四种工况下二维速度场信息,基于半球半径的雷诺数为994（ReR（28）RU/v）,固体颗粒的体积浓度为3×10-5;对比分析了固体颗粒对平均速度剖面、湍流强度、雷诺应力、平均展向涡量等宏观特性的影响;运用功率谱密度函数分析固体颗粒对尾迹结构脱落频率的影响;运用空间局部结构函数和新象限分裂法提取猝发事件拓扑结构;运用流向脉动速度的相关性分析固体颗粒对尾迹结构空间尺度的影响;运用涡检测准则和条件采样提取展向涡结构并分析固体颗粒对其的影响。通过对比分析发现,颗粒的存在对半球后3R内的平均流动影响较大;回流区随颗粒粒径的增大而逐渐增大;颗粒的存在促进了大尺度涡结构的形成,并且促进作用随着粒径的增大先增强后减弱;颗粒的存在使脱落频率增大,并且随着粒径的增大脱落频率会先增大后减小;颗粒的存在使湍流强度、雷诺应力、平均展向涡量增大,由于回流区的存在,湍流强度、雷诺应力、平均展向涡量在流向2R前后随粒径变化呈现两种不同的趋势。在尾迹结构的生成过程中,颗粒的存在使喷射阶段和扫掠阶段的脉动速度和展向涡量增大,并且随着颗粒粒径的增大先增大后减小。在尾迹结构演化过程中,颗粒的存在使喷射阶段和扫掠事件的流向脉动减小,并随着粒径的增大先减小后增大,法向脉动和展向涡量增大,随着粒径的增大先增大后减小。颗粒的存在使喷射和扫掠事件数目增多,随着法向位置的增加猝发事件的数目逐渐减小,对比喷射和扫掠事件数目发现颗粒对扫掠事件的产生促进作用更强。对比清水工况,颗粒的存在使尾迹结构的二维空间尺度减小,随着颗粒粒径的增大尾迹结构的空间尺度先减小后增大;抑制了尾迹结构尺度的增大,抑制作用随着粒径的增大先增强后减弱。颗粒促进了涡结构的周期性的速度的加速和减速运动及涡结构的产生和演化发展过程,并且促进作用随着颗粒粒径的增大先增强后减弱。通过实验研究发现固体颗粒的存在使粗糙元诱导边界层的湍流强度、雷诺应力等宏观统计量,促进了湍流输运;促进了粗糙元诱导结构的生成和演化过程,并随颗粒粒径成非线性变化。