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不同床面对风沙运动的影响

赵玉军  
【摘要】: 为了模拟不同边界对风沙流的作用效果,本文应用作者所编写的计算机程序计算了多种形状下垫面条件下流场中沙粒的运动状况. 首先,本文通过经典的圆柱绕流模型来验证程序的可靠性和正确性.为了对二维圆柱绕流进行数值模拟,并对绕流产生的尾涡特性进行分析,本文采用了大涡模拟理论,对流体运动的连续性方程、动量方程进行离散、计算.同时为了保证数值结果具有较好的收敛性,计算方法采用SIMPLER算法.文中数值模拟得到了不同雷诺数下圆柱绕流的流线图,并将一些特定的雷诺数下所得的结果与相关文献中的结果进行了比较,得出圆柱绕流按照本文所用方法和程序进行数值模拟,方法是可行的、结果是可靠的. 其次,研究了下垫面形状对流场变化的影响.本文在第二、三章,模拟了沙波纹流场变化情况.本文以不同间距的沙波纹流场结构变化为基本研究对象,得出了沙波纹流场结果在相同雷诺数、不同间距情况下相应的风速廓线的发展变化;给出了沙波纹顶部的流场变化趋势,以及沙波纹后流场的分离、回流趋势;计算了存在单个非对称性沙波纹结构下风场的流动特性,得出了非对称性沙波纹迎风坡坡面不同截面的速度变化情况,分析得出速度发展变化的原因. 最后,研究了近地表面的风沙流在沙波纹风场中的运动状况.应用大涡模拟理论和SIMPLER算法,在前几章已有的近地边界层风场中,加入单一粒径沙粒,模拟了的风沙流的运动;得出了沙粒在风场中不同时刻运动状况以及堆积和风蚀情况;计算了沙粒的跃移长度和沙波纹几何尺度的关系;分析给出了沙粒运动和沙波纹分布之间的相互作用效果,结果比较真实的反映出了考虑沙波纹影响的风沙流运动情况,对于进一步研究地貌形态的形成发展以及防沙治沙工程建设有一定的参考价值和工程实用意义.


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