沙纹形成的数值模拟及SPH方法研究

【摘要】：当前,许多人都感觉到了沙漠化以及环境的退化给人们生活带来的种种危 害。这种危害不是一个地区、一个国家的问题,而是全球性的重大问题。本研 究主要进行了以下几个方面的工作: (一)学习研究了国内外学者在风沙流动力学领域的研究成果(包括颗粒 起动、悬移、跃移和蠕移;风沙流结构、沙纹运动等)。在塔克拉玛干沙漠西北 边缘进行了现场风洞实验,得到了典型的沙纹形状,并可根据防沙墙前的风沙 流结构和沙纹形状推断出较理想的防沙墙形状。 (二)利用气流场和沙流场理论进行了沙纹形成数值模拟,它与以往的数 值模拟方法相比对气流场和沙流场的关系运用的比较充分。最后得出的模拟结 果与自然状态十分相符。我们也讨论下列情况对计算结果的影响,即(1)沙传 输的公式,(2)沙表面的边界条件,(3)计算的网格和(4)计算沙的移动的时 间增加量。 (三)对光滑粒子流体动力学(SPH)数值模拟方法进行了研究,系统地 总结了SPH 方法的理论基础,并运用SPH程序进行了几种实例的模拟,最后 得出的动态结果与实际情况比较相符。 (四)本研究的目的是将一种新的数值计算方法(SPH方法)运用到风沙 运动的计算中去。并且对这种现象做出高准确性预测。因为沙丘本身空间体积 大,运动时间长,所以用观察或实验的方法预测沙丘的移动是很困难的。另一 方面,由于近来并行计算机的发展,数值方法在研究这些现象方面似乎是功能 很强大。可是由于自己的水平限制和时间上的原因,我还没有做到把这种方法 运用到沙纹形状的模拟中去。这将在以后的工作中继续完成。