壁湍流是一类典型的剪切湍流,对壁湍流统计量的研究近年来已经取得了许多有意义的成果,研究壁湍流统计特性可以为了解壁面附近的湍流结构、动量和能量转换、尺度分布,以及构造壁湍流模式提供理论依据。近年来对壁湍流统计量的相似特性研究也取得了许多成果,包括对平均速度,雷诺应力,湍动能谱等的相似特性的研究。本文基于低雷诺数充分发展槽道湍流的直接数值模拟数据库,对壁湍流各统计量如第一法向应力差系数,第二法向应力差系数,表观粘度,湍流粘度等与速度梯度的关系进行了深入分析。其次,本文利用LES方法对带有肋条的非对称槽道湍流进行了大涡模拟分析,并对非对称槽道湍流统计量也进行了相似特性的分析。得到的主要结果如下:(1)无量纲剪切率随着壁面距离的增加不断减小,在近壁面剪切率为常数对应于粘性底层,在湍流核心区,剪切率符合对数律关系。总切应力与剪切率的关系以及雷诺应力与剪切率的关系都存在相似特性,并且都只是在剪切率较大时,各雷诺数之间存在微小差异。第一法向应力差系数与第二法向应力差系数在不同雷诺数条件下也存在相似行为,并且都是在剪切率较大和剪切率较小时呈现明显的标度行为。湍流粘性系数和表观粘性系数与剪切率的关系也符合相似特性,并且都在剪切率较小时趋近于一个常数,在剪切率较大时逐渐减小呈现标度行为;在不同的无量纲条件下(当粘性的自变量除以雷诺数以及剪切率除以雷诺数的情况下),粘性在常数区域以及递减区域分别出现雷诺数效应。弛豫时间与Weissenberg数存在相似特性,并且在剪切率较小时,弛豫时间存在近似直线规律,直线的斜率在低雷诺数时比高雷诺数时小,Weissenberg数在剪切率小于100的时候近似为常数,常数区域对应于槽道湍流中心区域。(2)具有肋条的非对称槽道湍流的大涡模拟结果表明,三种雷诺数下的各统计量具有相似的特性,平均速度,雷诺应力以及均方根脉动速度都和无肋条时光滑槽道湍流的统计量相似。剪切率与壁面距离的关系也出现了与光滑槽道不同的结果,光滑槽道剪切率为常数的区域在非对称槽道流动中呈现出稍有倾斜。(3)上下壁面存在温度差的非对称槽道湍流大涡模拟结果表明,展向肋条的引入加强了湍流的混合,使得热量更快的混合,由于浮力的驱动,高温下壁面产生羽流并逐渐上升,而上壁面冷流体由于重力的作用不断下降,最终冷热流体充分混合热量达到平衡。而肋条使得羽流的产生加快,下壁面湍流脉动加强,加快了热量的混合。