為探究沙障影響下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律,明晰不同情況高立式尼龍網(wǎng)沙障周圍的風(fēng)速變化和積沙分布,補(bǔ)充野外試驗(yàn)數(shù)據(jù)不足的問題。該研究以磴口-烏斯太的穿沙公路為研究背景,基于FLUENT數(shù)值模擬的方法,對(duì)不同障排數(shù)量、沙障高度及入口風(fēng)速下高立式尼龍網(wǎng)沙障周圍的風(fēng)速和積沙分布進(jìn)行數(shù)值模擬,并通過野外試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明:不同情況高立式沙障沿水平方向的流場(chǎng)形式均以"V"和"W"型存在,而高立式沙障背風(fēng)側(cè)垂直方向的風(fēng)速廓線形式主要以"S"型為主;風(fēng)速為8 m/s,相鄰障排間距為3 m條件下,分析不同障排數(shù)量對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響發(fā)現(xiàn),單排、雙排和三排高立式沙障的防護(hù)范圍分別為第一排沙障至其后的6、13和20 m處,隨沙障排數(shù)的增加總積沙量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì);風(fēng)速為10 m/s,雙排沙障間距8 m條件下分析沙障高度對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響發(fā)現(xiàn),60、100、120和150 cm高立式沙障的水平流場(chǎng)分層點(diǎn)分別為0.8、1.2、1.5和2.0 m;沙障高度150 cm,雙排沙障間距20 m條件下分析入口風(fēng)速對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響發(fā)現(xiàn),當(dāng)風(fēng)速增至15 m/s以上時(shí),150 cm的雙排沙障背風(fēng)側(cè)基本上無積沙分布,高立式沙障逐漸失去了防護(hù)作... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2020,36(18)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【圖文】：

圖1 雙排沙障幾何模型

為了驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性，本研究以雙排沙障為例開展野外試驗(yàn)（圖2）。試驗(yàn)區(qū)位于巴彥淖爾市磴口-烏斯太的穿沙公路2 km處，其地理坐標(biāo)40°07′27″～40°10′29″N,106°43′17″～106°48′36″E，屬于烏蘭布和沙漠沿黃段，北部多固定和半固定沙丘，沙源豐富，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，為觀測(cè)沙障周圍的風(fēng)沙流場(chǎng)研究提供了良好的地理?xiàng)l件。野外鋪設(shè)4種高度（60、100、120和150 cm）的雙排沙障，布設(shè)間距均為8 m，與不同沙障高度的數(shù)值模擬形成對(duì)比試驗(yàn)。風(fēng)杯觀測(cè)高度分別為20、50、100和150 cm。為了便于對(duì)比，簡(jiǎn)化野外試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)位置，迎風(fēng)側(cè)、背風(fēng)側(cè)和過渡區(qū)與數(shù)值模擬的規(guī)定方式一致，雙排沙障的迎風(fēng)側(cè)測(cè)點(diǎn)位置為16、17、18、19 m，過渡區(qū)測(cè)點(diǎn)位置為21、23、25和27 m，背風(fēng)側(cè)測(cè)點(diǎn)位置為29、30、32和34 m),4種高度沙障斷開布設(shè)，避免邊界效應(yīng)的影響。2 結(jié)果與分析

由圖3不同障排數(shù)量沙障周圍的水平風(fēng)速變化可知，當(dāng)氣流運(yùn)行至沙障迎風(fēng)側(cè)時(shí)，垂直方向0.2～2.0 m內(nèi)明顯有分層現(xiàn)象，0.2～0.6 m內(nèi)氣流在阻遇沙障時(shí)急劇下降，單排沙障流場(chǎng)形式呈現(xiàn)“V”型；雙排沙障流場(chǎng)形式為“W”型；三排沙障流場(chǎng)形式為多“V”型，且三排沙障的氣流形式最復(fù)雜。水平監(jiān)測(cè)線（0.8 m）為單排、雙排和三排的水平氣流的分層點(diǎn)，整體呈現(xiàn)先上升后下降的形式，表現(xiàn)為倒“U”型。單排、雙排和三排沙障的防風(fēng)效果分別至26、33和40 m時(shí)逐漸恢復(fù)至入口風(fēng)速，說明沙障防護(hù)范圍分別為第一排沙障至其后的6、13和20 m處。由圖4可知，單排、雙排和三排沙障迎風(fēng)側(cè)的風(fēng)速廓線在靠近沙障18.8～20.0 m范圍時(shí)，風(fēng)速廓線表現(xiàn)出“S”型，說明此時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)了反向氣流，形成了渦流區(qū)或風(fēng)影區(qū)。隨著障排數(shù)量的增加，垂直方向0～0.5 m范圍內(nèi)單排、雙排和三排沙障的風(fēng)廓線變化范圍分別為3.5～5.0、3.5～5.5到3.5～6.0 m/s逐漸增大，說明其防風(fēng)效果逐漸增強(qiáng)。從單排、雙排和三排沙障背風(fēng)側(cè)的風(fēng)速廓線可知，單排沙障在20.6～21.2 m之間出現(xiàn)風(fēng)速變化的拐點(diǎn)，雙排沙障在23.3～24.2 m之間均出現(xiàn)了風(fēng)速變化的拐點(diǎn)，第三排沙障在26.6～27.2 m之間出現(xiàn)風(fēng)速變化的拐點(diǎn)。由圖4的過渡區(qū)風(fēng)速廓線變化幅度可知，三排沙障的過渡區(qū)風(fēng)速廓線更趨于“S”型，說明三排沙障的防護(hù)效果優(yōu)于雙排沙障的防護(hù)效果。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3574909