發(fā)布時(shí)間：2020-10-29 15:37

　　 目前,對(duì)于近地層風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)研究的理論分析、數(shù)值模擬等方面主要針對(duì)在平坦地表、穩(wěn)定風(fēng)速等條件下進(jìn)行的,對(duì)于復(fù)雜地形條件的影響研究較少。然而我們知道野外沙漠中地形條件是復(fù)雜多變的,因此本學(xué)位論文開(kāi)展了有關(guān)復(fù)雜地形條件下風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)機(jī)理方面的一些基礎(chǔ)性的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)與及數(shù)值模擬工作,主要研究?jī)?nèi)容如下： 1、風(fēng)成沙波紋是沙漠中最普遍,也是最基本的形態(tài),它的產(chǎn)生,發(fā)展和消亡過(guò)程與表面氣流的運(yùn)動(dòng)特征密切相關(guān)。為了對(duì)沙波紋表面氣流特征進(jìn)行更深刻的了解,本章采用PDPA(激光多普勒粒子動(dòng)態(tài)分析儀)在風(fēng)洞中測(cè)量了4種不同風(fēng)速下沙波紋表面流場(chǎng)的變化特征。得到了沙波紋不同位置處風(fēng)速,湍流強(qiáng)度,湍動(dòng)能的變化情況；在本章中我們還采用PIV (Particle Image Velocimetry)系統(tǒng)測(cè)量了天然混合沙風(fēng)沙兩相流中沙粒的速度,重點(diǎn)分析了以下幾個(gè)方面,包括：沙粒入射以及起跳的速度分布情況、沙波紋地形對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響等。 2、為了揭示非平坦地形條件下風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)特征,建立相應(yīng)數(shù)值計(jì)算模型：氣相運(yùn)動(dòng)采用大渦模型,而固相(沙粒)處理為離散體系(DEM),沙波紋尺度根據(jù)野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用浸入邊界法逼近,并利用已有的沙粒與床面碰撞的擊濺函數(shù),獲得整個(gè)風(fēng)沙系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性。通過(guò)計(jì)算,得到了不同地表形態(tài)下風(fēng)沙流達(dá)到穩(wěn)定后,單寬輸沙率隨時(shí)間發(fā)展過(guò)程、輸沙率沿高程的分布以及相應(yīng)粒子運(yùn)動(dòng)的信息,并且得到了在沙波紋存在條件下的風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)中,風(fēng)速在不同截面處的變化特征。 3、在自然環(huán)境下風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的地表形態(tài)是復(fù)雜多變的,包括沙波紋、沙丘、小沙堆、植被與礫石等等,在真實(shí)的野外沙漠地表中很難見(jiàn)到平坦的地表的,本章在第二章數(shù)值方法的基礎(chǔ)上通過(guò)將穩(wěn)態(tài)風(fēng)沙流作為計(jì)算入口條件,考察了計(jì)算域中微地形對(duì)躍移風(fēng)沙流的影響。結(jié)果表明地表形態(tài)對(duì)風(fēng)沙躍移運(yùn)動(dòng)的影響是不容忽視的,同時(shí)我們可以得到不同位置處輸沙率的變化,顆粒運(yùn)動(dòng)速度變化情況以及耦合后風(fēng)場(chǎng)的變化特征。 4、采用大渦模擬方法得到不同來(lái)流風(fēng)速下近壁面湍流的結(jié)構(gòu),通過(guò)象限分析方法判斷湍流猝發(fā)的發(fā)生,并在猝發(fā)位置處建立沙塵顆粒起動(dòng)平衡方程,對(duì)猝發(fā)作用下的不同粒徑的沙塵顆粒起動(dòng)做出了數(shù)值模擬。計(jì)算結(jié)果表明近壁面湍流猝發(fā)對(duì)沙塵顆粒起動(dòng)有著直接的影響。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類(lèi)】：P931.3
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
目錄
第一章 緒論
    1.1 研究目的與意義
    1.2 研究現(xiàn)狀綜述
        1.2.1 沙粒的起動(dòng)機(jī)制
        1.2.2 近地表風(fēng)沙躍移運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究
        1.2.3 風(fēng)沙躍移運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬
        1.2.4 已有研究的不足
    1.3 本文工作的主要內(nèi)容
第二章 近地表風(fēng)沙躍移運(yùn)動(dòng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究
    2.1 沙波紋表面流場(chǎng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測(cè)量
        2.1.1 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)布置
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        2.1.3 沙波紋流場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)小結(jié)
    2.2 不同地表形態(tài)天然混合沙運(yùn)動(dòng)的PIV實(shí)驗(yàn)
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)方法和儀器
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        2.2.3 近地表天然混合沙PIV實(shí)驗(yàn)小結(jié)
    2.3 小結(jié)
第三章 平坦與沙波紋地表下風(fēng)沙躍移運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬
    3.1 計(jì)算的基本方程
        3.1.1 流相控制方程
        3.1.2 顆粒運(yùn)動(dòng)方程
        3.1.3 粒床碰撞過(guò)程
    3.2 計(jì)算方法、邊界條件與計(jì)算流程
        3.2.1 流場(chǎng)計(jì)算數(shù)值方法
        3.2.2 計(jì)算條件與流程
    3.3 計(jì)算結(jié)果與分析
        3.3.1 平坦床面風(fēng)沙躍移運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果
        3.3.2 沙波紋床面風(fēng)沙躍移運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果
    3.4 小結(jié)
第四章 微地形對(duì)躍移風(fēng)沙流影響的數(shù)值模擬
    4.1 模型及基本控制方程
    4.2 計(jì)算過(guò)程及計(jì)算條件
    4.3 計(jì)算結(jié)果及討論
        4.3.1 輸沙率變化
        4.3.2 流場(chǎng)及顆粒運(yùn)動(dòng)結(jié)果
    4.4 結(jié)論
第五章 近壁面湍流猝發(fā)對(duì)沙塵顆粒起動(dòng)影響的數(shù)值模擬
    5.1 近壁面湍流的擬序結(jié)構(gòu)
    5.2 計(jì)算的基本方法
        5.2.1 流場(chǎng)計(jì)算的基本方程
        5.2.2 亞格子尺度脈動(dòng)速度封閉模型
        5.2.3 湍流猝發(fā)的檢測(cè)
        5.2.4 湍流猝發(fā)作用下的顆粒起動(dòng)機(jī)制
        5.2.5 計(jì)算初始及邊界條件
    5.3 計(jì)算結(jié)果及討論
        5.3.1 流場(chǎng)變化及湍流猝發(fā)檢測(cè)結(jié)果
        5.3.2 湍流猝發(fā)次數(shù)及猝發(fā)面積比
        5.3.3 湍流猝發(fā)作用下的沙塵顆粒起動(dòng)及上揚(yáng)通量
    5.4 小結(jié)
第六章 結(jié)束語(yǔ)
參考文獻(xiàn)
研究生期間主要研究成果
參與科研課題
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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1 黃寧;辜艷丹;;粉塵釋放和沉積機(jī)制的研究進(jìn)展[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2009年11期

2 顧正萌,郭烈錦;沙粒躍移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)理學(xué)模擬[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2004年S1期

3 ;DPTM simulation of aeolian sand ripple[J];Science in China(Series G:Physics,Mechanics & Astronomy);2008年03期

4 張強(qiáng),周濟(jì)福,李家春;基于槽道流LES數(shù)據(jù)庫(kù)的湍流猝發(fā)檢測(cè)[J];中國(guó)科學(xué)G輯:物理學(xué)、力學(xué)、天文學(xué);2005年03期

5 鄭曉靜;薄天利;謝莉;;風(fēng)成沙波紋的離散粒子追蹤法模擬[J];中國(guó)科學(xué)(G輯:物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué));2007年04期

6 鄭曉靜;薄天利;;風(fēng)成沙波紋和沙丘的動(dòng)力行為分析[J];科學(xué)通報(bào);2009年11期

7 鄭曉靜,周又和;風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)研究中的若干關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題[J];力學(xué)與實(shí)踐;2003年02期

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9 孫其誠(chéng),王光謙;模擬風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的離散顆粒動(dòng)力學(xué)模型[J];泥沙研究;2001年04期

10 王光謙,冉啟華,劉綠波;風(fēng)成沙紋過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬[J];泥沙研究;1998年03期

本文編號(hào)：2861107