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分层流动在地球物理学领域和工程实际中广泛存在，具有很强的应用背景。在分层和剪切两种因素同时存在时，惯性力和浮力的共同作用使得流动的湍流特性变得非常复杂，特别是流场中涡旋结构的形成和演化、湍流动量和标量的逆梯度输运特性等问题还有待于进一步深入的研究。本文在以往分层湍流混合和输运特性研究的基础上，采用实验、数值和理论研究相结合的方法对稳定分层剪切湍流中平均剪切和温度分层对湍流结构和湍流标量和动量的逆梯度输运特性的影响进行了分析研究。主要工作和结果如下：
第一部分，建立了分层湍流的实验装置，并进行了一系列分层湍流的实验研究，运用激光诱导荧光(LIF)流动显示技术和PIV流场测量，定性研究了剪切和分层对湍流混合和湍流结构的影响。实验结果表明：剪切促进湍流混合，分层抑制湍流混合；湍流结构主要集中在混合层内，对于没有分层的情况，湍流结构分布更为广泛，同时还发现了混合层内涡旋的拉伸、合并、扭曲和变形等复杂的流动现象，特别是发现了其中的旋转涡对和反旋转涡对以及对湍流输运起重要作用的手指状结构。
第二部分，采用大涡模拟方法研究了间断的稳定分层湍流，主要对其中的湍流混合、湍流结构、湍流统计特性和湍流逆梯度输运特性等进行了分析研究。结果表明：
①流场特性：流向湍流脉动强度远远大于垂向湍流脉动强度；分层加快了湍流脉动的衰减；定量研究了混合层因剪切而向速度较小一侧的偏移；浮力尺度是先增加然后趋于稳定值，剪切越强，浮力尺度越大；湍流尺度沿流向逐渐增大，剪切越强浮力尺度越大；统计特性的分析发现在较大的区域内温度脉动的平坦因子都偏离高斯分布，温度脉动的统计特性与速度脉动的统计特性有较明显差别，还有其本身扩散等因素的影响。
②结构特性：混合层内有剧烈的涡运动，在混合层由上下两个旋转方向相反的涡带组成；分层导致流场出现明显的各向异性特征；混合层附近标量场呈现分阶段演化，分层强度增加，界面附近的小尺度标量结构减少；剪切使得混合层附近标量场的结构呈现倾斜形状。
③逆梯度输运特性：流动混合层的中心区几乎没有动量的CGT发生，但在偏离中心区f约为-2
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