湍流是大自然和工业社会中存在最广泛的一种流体流动现象,工程应用中的许多问题都与湍流紧密相关,而拟序结构的发现为实现湍流控制提供了可能,其研究已成为能源行业中的热点问题。为了揭示拟序结构的内在机理,深入了解微肋表面对拟序结构的影响,本文采用氢气泡示踪技术,以水为工质,对竖直矩形通道光滑表面和微肋表面湍流边界层进行可视化实验研究。利用氢气泡示踪和可视化观察的方法,详细介绍了快慢斑分布、长带条的形成、猝发全过程以及各种涡结构。采用DPIV测速技术测量了光滑表面和微肋表面边界层内流场分布,分析了微肋表面对流场的影响,尤其是对近壁区湍流强度分布的影响。随着y~+的增加,微肋表面对湍流强度的影响降低,微肋结构对湍流强度的影响主要集中在边界层近壁区,而对外区的影响较小。利用数理统计的方法获得了光滑表面和微肋表面边界层内拟序结构的特征值分布,包括长带条无量纲间距、猝发频率和猝发周期。统计了光滑表面和微肋表面的长带条无量间距λ~+在y~+<30内的分布,发现λ~+法向分布存在拐点,并且微肋的存在使拐点出现的位置滞后。光滑表面和微肋表面的猝发频率随着雷诺数的增加而增加,猝发周期随着雷诺数的增加而减小。随着肋高度的增加,纵向微肋表面的猝发周期增大。相对肋高度而言,倾斜角度对猝发频率的影响受雷诺数的影响较小,倾斜角度相差30°的微肋表面对猝发频率和猝发周期的影响趋势相同。从猝发频率和猝发周期两方面来看,纵向微肋表面具有最佳的流动减阻效果。针对光滑表面建立了物理模型用来描述整个猝发过程,推导出光滑表面猝发周期与雷诺数的关系式。在此基础上考虑肋高度和倾斜角度两因素对猝发周期的影响,推导了纵向微肋表面以及倾斜微肋表面猝发周期与雷诺数之间的关系式,拓展了模型的适用范围。