众所周知,气固两相湍流广泛存在于自然界、人体医学、工业生产等多个领域中,如沙尘暴、人体呼吸道内可吸入颗粒物的流动、煤粉气力输运、流化床以及煤粉燃烧等。而在实际的工业生产中由于种种缺陷导致气固两相流动流经的表面并非完全光滑,因此,研究粗糙壁面上气固两相湍流对科学发展和实际工程应用具有重要指导意义。本文采用粒子图像测速技术研究粗糙壁面上气相湍流槽道流动特性,分析不同的壁面粗糙度对气相湍流特性和空间结构的影响,实验中粗糙壁面是由三维粗糙元紧密排布组成的。研究发现,相比于光滑壁面气相湍流,粗糙度的存在会显著减小气相流向平均速度、增大雷诺应力,并且粗糙度越大效果越明显。但是,当这些湍流统计量用壁面摩擦速度特征化后发现存在壁面相似现象。此外,壁面粗糙度对气相的象限事件也有影响,壁面粗擦度会减小近壁面处上喷事件和下扫事件的概率密度,但是对边界层外层的象限事件影响较小。对湍流空间结构的分析发现,小尺度的空间结构受壁面粗糙度的影响比大尺度空间结构要小,基本满足壁面相似假说。在粗糙壁面单相实验的基础上加入离散相,对比分析壁面粗糙度和颗粒对气相湍流特性的影响。实验结果表明,颗粒的拖曳作用增大了气相流向平均速度,颗粒的存在还会增大雷诺应力和象限事件概率,并且颗粒粒径越大效果越显著。对比单相湍流实验和气固两相湍流实验中粗糙度对气相湍流特性的影响,发现气相的流向平均速度和雷诺应力受粗糙度影响规律相似。但不同的是,当颗粒存在时壁面粗糙度会增大近壁面处上喷事件和下扫事件的概率密度,显然颗粒的存在会改变粗糙度对气相湍流特性的影响效果。通过对颗粒空间分布特性的统计分析,发现了颗粒的壁面沉积作用,粗糙元的引入会减小颗粒在近壁面处的沉积。对比两种粒径大小的颗粒空间分布规律还可以发现,较大颗粒的沉积作用比较小颗粒更加显著。