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《海南大学》 2016年
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基于CFD模拟海南岛胶园的风力分配

邱育毅  
【摘要】:大风引起的风害是海南岛天然橡胶种植遭受到的最严重的灾害之一,为降低风害影响,在胶园规划设计时最重要的是提高橡胶园的抗风能力。胶园的抗风能力与橡胶树高度、胶园大小、橡胶树树冠大小、防风林等因子密切相关。为了分析寻找最佳的抗风设计,本研究基于数值模拟的思想,通过参考风力特征明显的农场胶园后,利用建模软件设计成与实际较为接近的橡胶园并使用CFD软件对其进行二维风力分配的模拟。在此基础上分别对橡胶树高度、胶园大小、橡胶树树冠大小、防风林因子进行单因子模拟。CFD是专门模拟物理流场的研究手段,利用CFD解决研究问题不仅时间快,且能节约大量人力与物力成本。出于应用目的,项目除了对研究问题进行研究外,还介绍了如何针对研究问题进行模拟的参数设计。研究中研究对象主要为大风(包括台风)。现主要结论如下:(1)胶园基本风力分配规律明显。胶园内风力分配根据风速变化分“下降”-“波动”-“稳定”三个阶段;三个阶段均是树顶部分受到风力最大,树顶平均风速约为初始风速39.1%。从胶园的第1行树到达“稳定”阶段的距离约为第1行树树高的5.5倍距离;在“稳定”阶段,风速约为初始风速的44.70%。(2)影响胶园风力分配的单因子规律变化明显。不同橡胶树高度的胶园风力分配差异明显且风速的大小与橡胶树高度成正相关关系;不同大小的胶园风力分配规律基本一致,大的胶园只是小的胶园在“稳定”阶段的延续;橡胶树树冠面积对胶园风力分配影响明显,橡胶树树冠面积越大的胶园受到的风力越多,造成的破坏越大;有防风林的胶园风力分配与无防风林的胶园风力分配存在明显差异,除了防风林能有效的降低胶园内风速外,防风林的防护距离也比无防风林的防护距离长。(3)湍流现象明显。湍流主要发生在胶园中发生回流区域以及“稳定”阶段,不同的影响因子对于湍流发生的位置会有所影响,其中又以橡胶树的高度以及防风林对胶园湍流发生位置影响最为明显。根据研究结果,建议在设计抗风胶园和灾后重建时应考虑控制高度,此外应在平时应注意修枝整形的工作,最后还要营造防风林,良好的防风林配置对胶园有明显的防护效果。
【学位授予单位】:海南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S794.1;S761.2

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