發(fā)布時間：2020-06-06 11:31

【摘要】：大氣邊界層中的風(fēng)致顆粒物輸運(yùn)是最為常見的自然現(xiàn)象,如風(fēng)吹雪、風(fēng)吹沙以及揚(yáng)塵等,而由此引發(fā)的諸如冰雪天氣、沙塵暴等自然災(zāi)害及其次生災(zāi)害則是當(dāng)前社會最為關(guān)注的環(huán)境問題之一。顆粒物在風(fēng)力作用下直接從地表進(jìn)入空中的過程被稱為顆粒的流體起動,是風(fēng)致顆粒物輸運(yùn)最為關(guān)鍵的物理過程之一。早期的研究認(rèn)為,流體起動只是顆粒躍移運(yùn)動的誘發(fā)因子,其釋放量在充分發(fā)展的顆粒流中所占比例很小,可以忽略不計。迄今為止,關(guān)于流體釋放的研究少之又少。而近期的觀測和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在一些特殊情況下,比如低風(fēng)速、有限沙源地表以及對流湍流等,流體釋放在顆粒物輸運(yùn)中具有重要的作用。因此,本文首先回顧了流體釋放的主要研究現(xiàn)狀,并總結(jié)了存在的問題,然后通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)定量觀測了不同粒徑顆粒的流體釋放率,發(fā)現(xiàn)了流體釋放率與地表剪切力的標(biāo)度律關(guān)系;通過在風(fēng)洞中加布的方法改變風(fēng)洞邊界層的風(fēng)場特性,分析了不同風(fēng)場結(jié)構(gòu)對流體釋放率的影響,探討了流體起動閾值的定義和流體釋放在整個顆粒流運(yùn)輸過程中可能起到的作用,具體結(jié)論如下:(1)提出了通過加布在風(fēng)洞中改變邊界層的風(fēng)場特性的實(shí)驗(yàn)方法,并根據(jù)頻譜分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)該方法可以使風(fēng)場湍流頻譜結(jié)構(gòu)與野外非穩(wěn)定大氣邊界層相似,進(jìn)而研究這種風(fēng)場條件對流體釋放率的影響。(2)發(fā)現(xiàn)了顆粒的流體釋放率隨平均地表剪切力的變化在低風(fēng)速和高風(fēng)速時表現(xiàn)為兩種規(guī)律:低風(fēng)速時,流體釋放率呈現(xiàn)為指數(shù)增長的規(guī)律;高風(fēng)速時,流體釋放率呈現(xiàn)為線性增長的規(guī)律。通過對不同風(fēng)速時對應(yīng)的瞬時地表剪切力分布的分析,發(fā)現(xiàn)其原因是大于臨界值的瞬時地表剪切力比例發(fā)生變化導(dǎo)致的。并由此建立了考慮地表剪切力分布和流體臨界值分布的概率釋放率模型,能夠適用于不同風(fēng)速條件下流體釋放率的預(yù)測;(3)發(fā)現(xiàn)大風(fēng)速時流體釋放顆粒的平均逃逸速度隨著風(fēng)速的變化并不明顯,只與顆粒的粒徑相關(guān),這和充分發(fā)展的風(fēng)沙流中地表顆粒的速度保持穩(wěn)定相似。
【圖文】：

圖 1-1 世界荒漠化土地分布（圖源維基百科）其次，礦物粉塵氣溶膠對人類生活和健康也具有重大的危害。粉塵釋放會帶走土壤中的養(yǎng)分，導(dǎo)致土地退化，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力（Shao,2008）�？諝庵械姆蹓m顆粒會深入人體的呼吸道系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)入心血管系統(tǒng)，危害人類健康。據(jù)世界衛(wèi)生組織報告，世界上每 10 人中就有 9 人仍然呼吸著污染物濃度較高的空氣，估

圖 1-2 實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)中的臨界摩阻速度隨顆粒粒徑的變化（Raffaele et al., 2016）隨著數(shù)值模擬和大氣模式的不斷發(fā)展，越來越多的研究者開始關(guān)注顆粒起動風(fēng)速的不確定性問題。因此，，提出具有實(shí)際應(yīng)用價值的臨界風(fēng)速的定義具有十分重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O357.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2699610