【摘要】：風(fēng)沙流是氣流攜帶各種不同粒徑的沙粒,使沙粒發(fā)生不同距離和形式位移的一種現(xiàn)象。在風(fēng)沙作用過程中所形成的地貌,稱風(fēng)成地貌。形成這種地貌的原因是地面表層松散堆積物被氣流風(fēng)蝕、搬運和沉積而造成的。在沙漠地區(qū),風(fēng)沙運動與沙貌形成是一種最普遍的沙面運動形式,它的變化過程和氣流場的流動特征及沙床面表層的組成形態(tài)關(guān)系密切。因此,沙紋是沙漠地區(qū)最基本也是最普遍的風(fēng)沙地貌形態(tài)。雖然沙紋的幾何圖案是有規(guī)則的,一般主要表現(xiàn)為迎風(fēng)面緩、背風(fēng)面陡,但由于自然環(huán)境的變化,其形態(tài)又決不是整齊的。氣流與沙粒之間的相互影響使得沙紋的形狀和風(fēng)沙地貌非常復(fù)雜和多樣。以往,許多學(xué)者通過野外觀測和風(fēng)洞實驗做了大量的研究,使風(fēng)沙物理學(xué)領(lǐng)域得到了進一步發(fā)展。近年來,隨著計算機技術(shù)的進步,數(shù)值模擬方法逐漸成為了風(fēng)沙機理研究的重要手段。數(shù)值模擬方法將野外和風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)及理論分析結(jié)果作為模擬的基礎(chǔ),建立了沙粒的運動方程。通過計算機對方程進行求解,將得到的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比分析,給研究工作帶來了極大的便利。本文為了研究風(fēng)沙運動所引起的沙漠化問題,詳細研究了在氣流作用下產(chǎn)生的風(fēng)沙運動的基本理論,并建立了風(fēng)沙流場的數(shù)學(xué)模型。首先從流體力學(xué)的基本理論出發(fā),詳細闡述了氣流場的本構(gòu)方程,并將不可壓縮氣流場N-S方程離散成二維差分格式,為后續(xù)的數(shù)值模擬研究奠定了理論基礎(chǔ)。然后從動力學(xué)角度出發(fā),分析了沙粒的幾種主要運動形式,包括跳躍、蠕移、懸浮及崩潰條件,并基于此進一步深入地分析了沙流場及其本構(gòu)方程式的建立過程。最后,通過C程序語言實現(xiàn)了不同雷諾數(shù)下的空泡流模型及復(fù)雜氣流場模型的流體流動狀態(tài)的數(shù)值計算平臺,并將這兩種模型與沙流場模型耦合,實現(xiàn)了不同雷諾數(shù)下的風(fēng)成沙貌過程的數(shù)值模擬。為了驗證模擬結(jié)果的正確性,同時也為了能夠客觀的解釋風(fēng)沙運動的機理,本研究搭建了室內(nèi)風(fēng)洞實驗平臺和野外風(fēng)洞實驗平臺,通過實驗研究,掌握了一些風(fēng)沙運動規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P931.3

【參考文獻】

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1 楊玉峰;;我國土地荒漠化和沙化整體得到初步遏制[J];國土綠化;2011年01期

本文編號：2786717