基于多尺度湍流运动重构的风沙流模拟及粉尘空间分布研究

发布时间：2021-11-25 16:10

　　在大气表面层中的湍流运动具有较强的脉动性。近期的一些研究表明在大气表面层中存在大尺度/超大尺度的湍流相干结构,其对大气表面层湍动能和雷诺应力有着重要的贡献。而且,大气表面层湍流运动对于热量、动量和物质的输运都有着重要的影响。但是,现有的风沙流模型和粉尘输运模型都不能很好的体现实际大气表面层中的湍流运动。为此,本学位论文基于野外观测数据对现有的风沙流和粉尘输运模型进行了改进,即,将大气表面层湍流运动引入到模型中。具体思路为:1)基于对不同尺度湍流运动的表征实现对大气表面层流向和垂向风速的预测（表征参数根据野外观测数据确定）,从而构建出二维风速脉动场;2)将二维风速脉动引入到风沙流模型的沙粒跃移的子过程中,从而实现对考虑湍流的风沙流的模拟;3)将二维风速脉动引入到粉尘输运模型的粉尘颗粒运动方程中,从而实现对考虑湍流的粉尘输运的预测。应用改进后的模型对风沙流统计性质和粉尘输运性质开展了研究。得到的主要结果有:1)模型预测结果与已有的实验结果较好的吻合,这说明本论文改进的模型是有效的;2)单宽输沙率、平均跃移高度、平均跃移长度这些物理量的均值在考虑湍流前后相对误差大于20%。而且,对于单宽输沙... 

【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】：167 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

拍自青土湖实验观测场地（QLOA，QingtuLakeObservationArray）周边的沙漠地表

1-2 澳大利亚 Murray River 上空的尘云。引自 Shao（2008）也存在极大的危害，由风沙运动产生的粉尘排放是气间接地影响大气辐射平衡，从而影响全球气候变化，许多对人类健康和环境构成威胁的污染物，包括金属o,2008；Prospero et al.,1999；O’Hara et al.,2000），导 所示。而严重沙尘暴事件，甚至可能会威胁到人类的损失。据报道（Yabuki et al.,2002）在北京严重沙尘度高达 5-10 mg/m-3。而在尘埃源附近，粉尘浓度可超 18 日至 24 日发生的东北亚沙尘暴造成了中国北部和例如机场和学校的关闭）。在 2002 年 10 月 21 日至 2沙尘暴，其中一些沿海城市（例如布里斯班）测量的Chan et al.,2005）。此外，风沙运动如果发生在农业区在风沙运动事件发生期间，粒径较小的土壤颗粒会被由于它们富含营养和有机物质，留下较粗糙且较不肥

位论文 基于多尺度湍流运动重构的风沙流模拟及粉尘7；Beard and Heymsfield,1988；Malcolm and Raupach,1垂直扩散速度比值（Hunt and Weber,1979；Cervone an96； Ni o et al.,2003）、平均轨迹长度（Anderson,1987运动模式进行分类。例如，以沉降末速度与流体的垂直的模式划分：悬移（比值远小于 0.12（Gillette and Iao et al.,1996）或者 1.0 （Cervone and Scott,1995），跃）。需要注意的是，这里几个输运方式并不是独立的，和粒径概率密度分布发生变化的，每个模式连续变换到些方案之间的粒径的划分仅仅是近似的，并不等同。在占沙尘暴期间总沙通量的 75%以上，并且通常会引发其浮方式前行的粉尘的排放和以蠕动方式前行的大粒径程在风沙运输过程中起着重要作用。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Gusty wind disturbances and large-scale turbulent structures in the neutral atmospheric surface layer[J]. HaiHua Gu,GuoHua Wang,Wei Zhu,XiaoJing Zheng.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2019(11)



本文编号：3518485