發(fā)布時間：2020-09-27 21:20

　　 在近地表層風(fēng)沙流場中,沙粒運動主要有三種形式:蠕移、躍移、懸移。風(fēng)場湍流特性會對沙粒運動產(chǎn)生顯著的影響,使其運動軌跡隨著時間、空間發(fā)生變化。風(fēng)沙運動一方面會形成沙波紋、沙丘等風(fēng)積地貌形態(tài),另一方面又會形成浮塵、沙塵暴等自然災(zāi)害。就其本質(zhì)而言,風(fēng)沙流運動是一種典型的氣固兩相流,因此,研究其運動特性具有重要的理論意義和潛在的應(yīng)用價值。本論文以布朗隨機力模型為原型,提出了綜合隨機力模型來模擬湍流風(fēng)場中的湍流、碰撞等隨機因素對顆粒的作用,旨在簡化計算模型,便于對大量顆粒運動進(jìn)行統(tǒng)計分析。本文主要研究工作如下:(1)首先,對已有的湍流風(fēng)場中風(fēng)沙流問題的求解所提出的模型(朗之萬方程、隨機力模型)進(jìn)行了分析和總結(jié),給出了以經(jīng)典布朗力計算公式為原型的綜合隨機力模型,從宏觀上對風(fēng)沙流問題進(jìn)行模擬;(2)其次,通過對湍流風(fēng)場中運動沙粒的受力分析,建立了顆粒隨機力模型來描述沙粒在風(fēng)場中受到的湍流、碰撞等隨機因素。通過與有關(guān)數(shù)值結(jié)果和風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,驗證了隨機力模型的適用性。在計算過程中比對幾種主要的生成隨機數(shù)的方法,選擇能生成較高質(zhì)量的服從高斯白噪聲的隨機數(shù)來進(jìn)行風(fēng)沙流問題的模擬求解;(3)最后,運用上述綜合隨機力模型,計算沙粒在湍流風(fēng)場中的軌跡、速度、加速度等基本物理量,統(tǒng)計分析了風(fēng)沙流中輸沙量以及沙粒體積濃度。計算中,充分考慮了沙粒與風(fēng)場的耦合作用,所得到穩(wěn)定風(fēng)場,與已有的數(shù)值模擬結(jié)果及實驗數(shù)據(jù)吻合較好。數(shù)值結(jié)果顯示以布朗力經(jīng)典公式為原型的綜合隨機力模型在風(fēng)沙問題的求解方面有切實的實用價值。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P425.55
【部分圖文】：

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于隨機力模型的風(fēng)沙流數(shù)值模擬第一章 緒論1.1 研究背景以及意義全世界有大概五分之一的陸地被沙漠覆蓋。在我國，沙漠主要集中在西北干旱地區(qū)，由于西部地區(qū)氣候干燥降水稀少，非常容易形成大片的沙漠。在沙漠中，有非常多的自然景觀，還有很多油氣資源，因此沙漠是一個非常重要的旅游、自然資源。然而隨著人類活動以及全球氣候的變化，沙漠正在逐漸擴張發(fā)展，侵吞良田，阻隔河流，掩蓋民居，并且伴隨著季風(fēng)，還會產(chǎn)生很多極端氣候現(xiàn)象，例如沙塵暴、揚塵、浮塵等，對人類的生存環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的影響，如圖 1-1。

問題的研究中，由于風(fēng)場的運動是具有隨機特性的復(fù)雜朗之萬方程應(yīng)用于求解風(fēng)沙問題，一種通過描述躍移沙一種則是通過計算風(fēng)場的脈動速度來描述風(fēng)場的湍流的隨機作用力。動速度朗之萬方程間中任意一點風(fēng)速都可以表示成平均風(fēng)速u 與脈動風(fēng)速速 u x, y , z ,t 的描述，Shao 等人[33][34]利用 Langevin 方0Ludu dt C dT 日時間尺度LT ；0C 是 Kolmogorov 常數(shù)； d 均值為 0密度分布的隨機函數(shù)。這里耗散率 以及標(biāo)準(zhǔn)偏差 量。

圖 3-3-1 沙粒受力分析圖 Fg。顆粒在流場中，不可避免要受到重力的作用粒徑越大，質(zhì)量越大，則其受到的重力越大，重316g p pF d g fF 。處在流體當(dāng)中的物體會受到由上下表面壓差316f aF d g 力dF 。拖曳力是顆粒在運動過程中由于與流體的種拖曳力實際上是由于流體粘性而與運動物體之均勻，靜止的流體對顆粒的作用力就與動態(tài)的流力就是拖曳力，根據(jù) Morsi 和 Alexander 的研究表達(dá)式如下：21)8d d a p pF d C u u （u u

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2828386