【摘要】：發(fā)生存沙床表面上的風(fēng)沙運動包括：沙粒的啟動、粒-床碰撞的擊濺過程等,這些均涉及到沙粒與風(fēng)場等復(fù)雜環(huán)境條件下的相互作用,其中沙粒的臨界啟動風(fēng)速、沙粒起跳速度分布、沖擊速度分布關(guān)系到風(fēng)沙流以及更大尺度風(fēng)沙運動的發(fā)生、發(fā)展,并且也是風(fēng)沙運動數(shù)值模擬以及沙塵天氣數(shù)值預(yù)報中的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)。本論文針對沙粒的臨界啟動風(fēng)速、風(fēng)沙流中躍移沙粒的運動特性以及粒-床碰撞后的擊濺過程展開研究,主要工作如下： 1.針對以往風(fēng)洞PIV實驗的不足,通過改變實驗中光路排布,提出一種測量近地表沙粒的新實驗方法,并考慮沙床的起伏,實時更新床面信息,有效降低了風(fēng)洞實驗的測量高度,定量分析了測量高度對實驗測量結(jié)果的影響。 2.基于上述改進的風(fēng)洞PIV實驗,利用PTV算法分析了沙粒起躍速度、沖擊速度、起跳角度和沖擊角度隨粒徑和摩阻風(fēng)速的變化,并給出了其概率分布函數(shù)；首次給出了風(fēng)沙流中近地表沙粒之間距離的概率分布形式,最終給出了沙粒之間距離與摩阻風(fēng)速的函數(shù)關(guān)系。 3.利用離散單元法(DEM)深入研究了風(fēng)沙流中沙粒同時沖擊床面的粒-床碰撞過程,結(jié)果顯示空中躍移沙粒的間距是影響躍移沙粒的擊濺過程的一個重要因素,而且存風(fēng)沙流中存在一個臨界間距,當(dāng)躍移沙粒間距小于這一臨界間距時需要考慮沙粒同時沖擊,反之則不需要考慮。并給出了臨界沖擊距離與沖擊速度之間的關(guān)系以及同時沖擊床面的擊濺函數(shù)表征。 4.建立了臨界啟動風(fēng)速的隨機模型,推導(dǎo)出含有隨機變量(偏心距、偏心角、支持角以及接觸角)的臨界啟動風(fēng)速的解析表達(dá)式。臨界啟動風(fēng)速的概率分布取決于偏心距、偏心角、支持角以及接觸角概率密度,利用多維隨機變量分析方法給出了臨界啟動風(fēng)速的概率密度函數(shù)以及均值和方差與粒徑的關(guān)系,其與實驗結(jié)果吻合較好,充分說明了沙粒不規(guī)則形狀以及起伏地表對沙粒包裹的隨機性是不可忽視的。 5.將臨界啟動風(fēng)速預(yù)測引入到風(fēng)沙流模擬的啟動過程中,將躍移沙粒間距影響引入到風(fēng)沙流模擬的擊濺過程,實現(xiàn)了對風(fēng)沙流演化過程的預(yù)測。給山了兩種擊濺函數(shù)下的單寬輸沙率隨摩阻風(fēng)速的變化曲線,指出當(dāng)摩阻風(fēng)速小于0.4m／s時,兩種擊濺函數(shù)得到的單寬輸沙率相對誤差小于5%,間距離對輸沙率的影響可以忽略不計；當(dāng)摩阻風(fēng)速大于0.4m/s時,兩種擊濺函數(shù)得到的單寬輸沙率相對誤差隨摩阻風(fēng)速的增大逐漸增大,最大值為33%。
【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】：2013
【分類號】：P931.3

【引證文獻】

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1 鄭威強;曲線沙障阻沙機理及埋設(shè)裝備試驗研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

2 韓彥隆;導(dǎo)風(fēng)板聚風(fēng)輸沙機理研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

3 李占福;平動與擺動復(fù)合振動篩分理論的研究與參數(shù)優(yōu)化[D];華僑大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 尹現(xiàn)彬;沙塵環(huán)境對高速列車車頂絕緣子閃絡(luò)特性及路徑影響研究[D];西南交通大學(xué);2017年

本文編號：2792439