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Magnus力对风沙流结构与能量的影响和以公切角表征的非均匀沙起动风速

潘喜英  
【摘要】: 本学位论文主要对两个问题进行了研究:针对非均匀沙的大小颗粒之间的荫暴作用,提出了公切角表征颗粒床面位置关系的非均匀沙起动风速;针对目前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而忽略沙粒自旋对风沙跃移运动影响的现状,定量模拟了沙粒自旋对输沙率和能量的影响。 首先,以起动沙粒与上下风向沙粒的内公切线与水平面的交角为参数表示荫暴作用,引入此参数确定非均匀沙起动沙粒的粒径与自由风速之间的关系,并根据实验数据得到均匀沙公式中的回归系数,从而运用公式计算出各个粒级所对应的起动风速,其数值与实验结果的相关系数为0.9411。 其次,在起跳沙粒的初速度分布函数和初角速度分布概率函数基础上,通过考虑风场和沙粒间的双向耦合作用以及沙粒在风沙跃移过程中受到Magnus力的作用,建立了风沙跃移运动模型,计算了考虑Magnus力作用情况下的不同粒径、不同轴线风速的单位面积输沙率、单位面积能量随高度的变化、单宽输沙率及沙粒在跃移运动中的冲击速度和冲击角速度概率分布。结果表明:Magnus力对风沙跃移运动有明显的影响,考虑Magnus力作用时的单位时间内单位面积和单位宽度输沙率、单位面积能量比不考虑时更加接近实验值;沙粒在跃移运动中的冲击速度概率分布服从指数分布,冲击角速度概率分布服从单峰非对称分布。


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