双层防风挡沙墙的风沙两相流数值模拟
发布时间：2021-03-24 03:32
“一带一路建设”在内政和外交事宜上都被作为我国实现中华民族伟大复兴的重要方针战略,其中丝绸之路经济带西北五省地区风沙灾害严重,极大阻碍我国经济全球化的进展,因此风沙防治工作将会一直是实现我国人民美满生活以及中华民族强国复兴的重要内容。风沙两相流是关于气相及沙相的两相流运动,其中风是沙粒起动的关键因素,本文基于Ansys Fluent软件运用欧拉双流体模型模拟分析了不同参数（即不同孔隙率、不同孔隙排布方式、不同开孔角度）下防风挡沙墙周围的流场特征和积沙分布,为以后“一带一路建设”上的风沙防治工程提供理论依据。本文主要研究成果有（基于防风挡沙墙高2m、宽0.3m的情况下）:（1）0.4孔隙挡墙的有效防护距离和恢复对照距离最大,前后压差较小,具有最好的防风阻沙效果,且降低了对墙体的风蚀和破坏,节省了物料成本。（2）在上条结论的基础上,孔隙上疏下密排布时,挡墙具有最好的风沙防护功能。其中在距地面1m及以下,上疏下密型挡墙墙后风速最小,而且绝大多数沙粒堆积在墙体迎风侧,有效的实现了阻沙功能。（3）在前两条结论的基础之上,挡墙开孔角度为135度时,能有效的降低墙后风速,更好的协调墙体两侧积沙分布,...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一带一路示意图
兰州大学硕士学位论文双层防风挡沙墙的风沙两相流数值模拟20为了验证风沙两相流模型中入口沙粒体积分数设置的合理性，本文对刘楠等[82]的数值模拟和Zhang等[83]的风洞实验进行模拟，根据相关文献选取模拟参数，具体设置：计算域亦为0.6m×7.105m，入口风速=1.186*ln（y/0.0025）m/s，沙粒入口体积分数选取0.02。先计算净风场至稳定后再加入沙粒，待风沙流稳定后和Zhang的风洞实验结果以及刘楠的数值模拟结果相比较，具体数据如图2.2。0.050.100.150.200.250.300.350.400.454.04.24.44.64.85.05.25.45.65.8速度(m/s)高度(m)Zhang刘楠本文模拟图2.2风沙流中风速随高度分布由图2.2可知，与刘楠模拟结果相比，本节数值模拟值和Zhang等人的实验数据能够更好的贴合，鉴于风洞试验所用的颗粒粒径不一，导致模拟值和实验值相比具有细微出入，但此细微变化基本可以忽略不计，能够体现风沙流的真实运动特征。因此本节理论模型是合适的，入口加沙方式是可靠的。2.5.4沙粒相质量流量计算的合理性验证为了验证本文透风式挡沙墙沙粒相质量流量计算的合理性，本文对罗国才等[84]的现场实验进行模拟，根据其论文文献选取相关模拟参数，具体设置如下；图2.3罗国才所用模型此计算域为20m×127m，入口风速廓线()=3.1208*log10y/0.00093，沙粒入口体积分数设置为：入口处0-2m高度内为0.02,2m以上高度为0。该文设置三道防风挡沙墙，每道挡墙高度均为2m，宽度均为0.05m，孔隙率为0.33。其中第一
兰州大学硕士学位论文双层防风挡沙墙的风沙两相流数值模拟22第三章单层防风挡沙墙设计参数研究斜插板式防风挡沙墙通过增强地表周围对气流的阻力，消耗风能，减小其携沙能力，使得风沙流饱和之后能减速沉降在挡墙周围，减轻或者消除铁路沿线积沙，降低铁路沿线的风沙威胁。在目前的挡墙设计参数优化中，专家学者们做了大量实地试验、风洞实验以及数值模拟，其中大多数研究证明高2m、厚0.3m的挡墙具有最优的风沙防护效果。本文基于此，着重研究不同孔隙参数对挡墙防风阻沙功能的影响规律，以期找出最优解优化防风挡沙墙。3.1模型区域与边界条件3.1.1几何模型与网格本文选取二维模型，计算域为150m×20m，防风挡沙墙高H为2m，厚度为0.3m，放置于距入口处30m处，如图3.1。利用ICEM对计算域网格进行结构化划分处理，因为挡墙前后和地表处流场特征变化十分强烈，所以对其周围进行网格加密。在挡墙左右两边将首层网格大小设置为0.01m，按照1.1的比例往左右递增；在地表处亦将首层网格设置为0.01m，按照1.1的比例往上递增，以此画好的网格质量大于0.99，数量在15万左右，如图3.2。图3.1几何模型图3.2网格孔隙率即挡墙的开孔高度与总高度之比，孔隙率的变化直接影响到挡墙周围流场变化。为了研究不同孔隙率对挡墙防风阻沙功能的影响，本文选取孔隙率为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5和0.6等七组防风挡沙墙，据薄天利等[66]实验研究，空
本文编号：3096976
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一带一路示意图
兰州大学硕士学位论文双层防风挡沙墙的风沙两相流数值模拟20为了验证风沙两相流模型中入口沙粒体积分数设置的合理性，本文对刘楠等[82]的数值模拟和Zhang等[83]的风洞实验进行模拟，根据相关文献选取模拟参数，具体设置：计算域亦为0.6m×7.105m，入口风速=1.186*ln（y/0.0025）m/s，沙粒入口体积分数选取0.02。先计算净风场至稳定后再加入沙粒，待风沙流稳定后和Zhang的风洞实验结果以及刘楠的数值模拟结果相比较，具体数据如图2.2。0.050.100.150.200.250.300.350.400.454.04.24.44.64.85.05.25.45.65.8速度(m/s)高度(m)Zhang刘楠本文模拟图2.2风沙流中风速随高度分布由图2.2可知，与刘楠模拟结果相比，本节数值模拟值和Zhang等人的实验数据能够更好的贴合，鉴于风洞试验所用的颗粒粒径不一，导致模拟值和实验值相比具有细微出入，但此细微变化基本可以忽略不计，能够体现风沙流的真实运动特征。因此本节理论模型是合适的，入口加沙方式是可靠的。2.5.4沙粒相质量流量计算的合理性验证为了验证本文透风式挡沙墙沙粒相质量流量计算的合理性，本文对罗国才等[84]的现场实验进行模拟，根据其论文文献选取相关模拟参数，具体设置如下；图2.3罗国才所用模型此计算域为20m×127m，入口风速廓线()=3.1208*log10y/0.00093，沙粒入口体积分数设置为：入口处0-2m高度内为0.02,2m以上高度为0。该文设置三道防风挡沙墙，每道挡墙高度均为2m，宽度均为0.05m，孔隙率为0.33。其中第一
兰州大学硕士学位论文双层防风挡沙墙的风沙两相流数值模拟22第三章单层防风挡沙墙设计参数研究斜插板式防风挡沙墙通过增强地表周围对气流的阻力，消耗风能，减小其携沙能力，使得风沙流饱和之后能减速沉降在挡墙周围，减轻或者消除铁路沿线积沙，降低铁路沿线的风沙威胁。在目前的挡墙设计参数优化中，专家学者们做了大量实地试验、风洞实验以及数值模拟，其中大多数研究证明高2m、厚0.3m的挡墙具有最优的风沙防护效果。本文基于此，着重研究不同孔隙参数对挡墙防风阻沙功能的影响规律，以期找出最优解优化防风挡沙墙。3.1模型区域与边界条件3.1.1几何模型与网格本文选取二维模型，计算域为150m×20m，防风挡沙墙高H为2m，厚度为0.3m，放置于距入口处30m处，如图3.1。利用ICEM对计算域网格进行结构化划分处理，因为挡墙前后和地表处流场特征变化十分强烈，所以对其周围进行网格加密。在挡墙左右两边将首层网格大小设置为0.01m，按照1.1的比例往左右递增；在地表处亦将首层网格设置为0.01m，按照1.1的比例往上递增，以此画好的网格质量大于0.99，数量在15万左右，如图3.2。图3.1几何模型图3.2网格孔隙率即挡墙的开孔高度与总高度之比，孔隙率的变化直接影响到挡墙周围流场变化。为了研究不同孔隙率对挡墙防风阻沙功能的影响，本文选取孔隙率为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5和0.6等七组防风挡沙墙，据薄天利等[66]实验研究，空
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