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沙粒空中碰撞对风沙跃移运动的影响

姚建林  
【摘要】:风沙运动作为土壤风蚀与沙尘暴的一种重要的物理过程,对自然环境与人类造成了严重的影响。近年来由风沙运动运动引发的灾害在中国引起了极大的关注,而深入研究风沙运动机理目前被认为是全面了解和防治风沙灾害的关键因素,因此科学家在此方面进行了大量的研究。但以往的学者在计算跃移沙粒的输沙率时,没有考虑跃移沙粒在空中发生碰撞对它的影响,这是由于沙粒在空中运动的复杂性和随机性以及实验条件的限制,因此沙粒在空中的碰撞经常被忽略。 为了准确的预测跃移沙粒在空中发生碰撞的概率,本文在Sorensen and McEwan(1996)和张亚丽(2005)计算空中碰撞概率模型基础上,计算了在与对数风速明显不同的实验风速下跃移沙粒在空中发生碰撞的概率。并将结果与在对数风速下得到的碰撞概率进行了比较。结果表明在应用实验风速下得到的碰撞概率比在对数风速情况下得到的碰撞概率小。 最后,本文通过硬球碰撞模型建立了一种简单的计算跃移沙粒在空中发生碰撞时的速度变化模型,并结合计算空中碰撞概率的模型,计算了跃移沙粒在空中发生碰撞时输沙率随着高度的变化以及单宽输沙率随着摩阻风速的变化,其结果与不考虑空中碰撞时所得到的结果进行了比较。结果表明:考虑跃移沙粒空中发生碰撞时的输沙率随高度的变化比不考虑空中碰撞时的小;单宽输沙率随摩阻风速的变化规律也比不考虑空中碰撞时的小。计算结果同时表明沙粒在空中发生碰撞对风沙跃移运动输沙率有明显的影响,因此跃移沙粒在空中发生碰撞的影响是不容忽视的。


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