许德辰，张悦，刘欣乐，李文丰

西北工业大学 航空学院，西安 710072

0 引 言

湍流边界层中存在着复杂的多尺度相干结构，这些流动结构引起了外区高速流动和内区低速流动的动量掺混，从而在壁面产生较高的速度梯度，使湍流边界层的摩擦阻力显著增大。研究和理解湍流壁面摩擦阻力的产生机理具有重要的工程意义，可以指导研究人员设计不同的减阻方法，因此湍流边界层的壁面摩擦应力测量方法始终受到高度关注。

根据湍流边界层流动特性，研究人员采用不同的测量方法开展了摩擦应力的测量。这些测量方法包括浮动单元（floating element）、油膜干涉法（oil-film interferometry）、液晶法、热线/热膜法（hot-wire/film）、普雷斯顿管（preston tube）以及基于边界层内速度分布的方法。这些方法可以分为直接测量法和间接测量法。直接测量法是指直接对作用在敏感结构上的流体壁面切应力进行测量的方法，包括浮动单元法和油膜干涉法等。间接测量法主要测量间接敏感的中间物理量，例如边界层速度梯度、沿流向压力梯度、近壁面区域热交换等。这些测量方法仅可测得摩擦阻力的平均值，关于瞬时摩擦应力的脉动特性研究相对较少。此外，这些技术很难测量湍流边界层的分离流动、运动壁面或曲面上的瞬态壁面摩擦应力。

粒子图像测速技术（PIV）和粒子追踪测速技术（PTV）等基于光学的测量技术，具有非接触测量的特点，可以通过解析近壁面黏性底层的瞬态速度分布，来对湍流边界层壁面摩擦应力的瞬态特性进行测量。……