杨坪坪，张玉珊，李 瑞，张会兰，王云琦

基于诊断函数的薄层流对数律研究

杨坪坪1,2，张玉珊1,2，李 瑞1,2※，张会兰3,4，王云琦3,4

（1.贵州师范大学喀斯特研究院，贵阳 550001；2.国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心，贵阳 550001；3.北京林业大学水土保持学院重庆三峡库区森林生态系统教育部野外科学观测研究站，北京 100083；4.北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站，北京 100083）

薄层流是一种特殊形态的明渠流，其特点是水深浅薄。为探讨薄层流流速分布是否满足对数律，该研究利用高分辨率粒子图像测速（Particle Image Velocimetry，PIV）技术，分析8组薄层流（水深0.49～1.1 cm，雷诺数835～2 877）及1组深水明渠紊流（对照）床面至水面的流速分布、紊动强度及雷诺应力。并基于诊断函数，研究薄层流流速是否满足对数律、对数区的范围及卡门常数变化规律。结果表明，薄层流的无量纲流速从过渡区开始偏离深水明渠水流中的理论曲线；薄层流的流向紊动强度大于深水明渠紊流，但垂向紊动强度小于深水明渠紊流，随着水深的增加，两者的紊动强度逐渐重合；雷诺应力的特征表明，随着水深的增加，受黏性力影响的范围越来越小。薄层流诊断函数曲线的特征说明薄层流中不存在严格意义的对数区，但当水深极浅时（水深≤0.53 cm），流速基本满足对数律，且卡门常数在0.2～0.3范围内。当水深和雷诺数增加，薄层流诊断函数曲线出现波动而不再近似水平。为方便实际计算，若允许诊断函数有一定的倾斜，对数区在极大值与极小值之间的范围，薄层流的卡门常数随着雷诺数的增加而增加。……