二维沟槽粗糙槽道内的湍流特性研究

张宇博，车得福

（西安交通大学 动力工程多相流国家重点实验室，西安 710049）

0 引 言

粗糙壁面上的湍流流动现象广泛存在于管道系统、流体机械、换热器等工程应用中。粗糙度的存在不仅会对其上的湍流流动产生重要影响，还会改变介质的传热、传质特性。

自从Nikuradse［1］首先对粗糙管内流动展开系统研究以来，湍流界对粗糙壁面上的流动特性研究逐渐开始重视［2－4］，但是由于问题的复杂性，许多相关问题还未认识清楚。前人关于粗糙壁面上湍流的研究大都是以二维横向方肋和砂纸作为粗糙元，而关于沟槽型粗糙壁面的湍流研究还少见报道。这种粗糙元对实际工程应用很有价值，不仅在增强传热传质领域得到应用［5］，而且沟槽型粗糙度可以更好地模拟流动加速腐蚀过程中产生的粗糙腐蚀产物膜和局部蚀坑形貌［6］。

以二维横向V型沟槽作为粗糙元，利用二维激光多普勒测速技术（LDV）对粗糙壁面矩形槽道内的流动进行了详细测量，并与光滑壁面结果进行对比来说明沟槽型粗糙度对湍流的影响，证实了所采用的沟槽粗糙壁面槽道湍流不符合传统的壁面相似性假设。

1 实验系统及试样

为实验所搭建的小型水洞试验回路主要包括水箱、水泵、流量测量装置、稳流腔、收缩段、流动发展段、试验测量段以及回流腔等几个部分。

试验段为矩形槽道，几何尺寸为1060mm×100mm×20mm。为保证LDV激光光束进入槽道，侧板上开玻璃窗。槽道底板为可拆卸板，以方便更换不同的粗糙板试样。……