三维树冠阻力特性及对室外颗粒物捕集的研究

发布时间：2020-08-07 19:35

【摘要】：随着全球变暖,一些半干旱地区的沙漠化日趋明显。沙漠带来的沙尘暴对人类与生态环境造成了极大的影响。防护林的种植能有缓解沙尘,其浓密的树冠层形成了风阻,降低风灾。树冠层结构参数与树冠阻力系数是衡量其防风效果的重要参数,探究两者之间的关系可为进一步研究防沙护林提供理论指导。此外,细小的颗粒物作为影响室内空气品质的罪魁祸首,严重影响人体身体健康。而树冠层的叶子表面具有的独特结构与生物学特性可以吸附细小颗粒物。因此,研究树冠对颗粒物的捕集效率与干沉积速度的影响因素尤为迫切。为深入分析树冠内部结构参数之间的函数关系、树冠内部结构对树冠阻力的函数关系、树冠对颗粒物的捕集效率与干沉积速度的影响因素,本文主要研究内容和研究结论如下:(1)通过试验测量了校园常见植物(八角金盘、构树、女贞、木芙蓉、梧桐)叶片特征长度Df与长宽比a/b,从定量角度,表征不同植物叶片形态结构差异。(2)在研究校园常见植物叶片形态结构特性的基础上,进一步探究了植物填充率、叶面积指数、分形维数和光学孔隙率四种树冠结构参数。结果表明,树冠填充率与叶面积指数成正比,与分形维数和光学孔隙率成幂指数关系,并给出5种试验树种各形态参数之间的表达式。(3)在分析校园常见植物冠层形态结构参数的基础上,通过风洞试验进一步探究了树冠结构参数对树冠流动阻力的影响。根据试验结果,采用多元回归法,得出树冠的流动阻力与光学孔隙率及风速的关系表达式。(4)利用计算流体动力学软件(CFD)通过附加源项法(UDF)对三维树冠层进行模拟,数值计算了树冠周围的风速分布以及颗粒物分布,研究了来流风速、颗粒物粒径对植物捕集效率及干沉积速度的影响,并与相关文献数据对比,为数值研究树冠捕集颗粒物提供一种简易模拟手段。在此基础上,研究了多棵树的结构布局、种植密度与树林对颗粒物捕集效率之间的关系。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S727.23
【图文】：

为区分不同树种，定量描述树叶叶面的类型。先定义描述树叶的基本此本文选取了 5 种八角金盘、构树、女贞、木芙蓉和梧桐不同的试验树每种试验树种不同生长状态的树叶 20 片，如图 3-1 所示。（a）八角金盘 （b）构树 （c）女贞

单色处理前后的树叶表3-15种试验树枝的当量直径与长宽比

图 3-3 试验装置示意图装置为一个长 50cm、宽 25cm、高为 26cm 的风洞。以八角金盘金盘一整个树枝，放置于风洞中。放置时，为了保证与实际树冠形能保持树枝结构垂直于地面，树叶结构充满整个风洞。可将树冠结的投影面积视为上图装置的底面积。垂直于侧面的投影面积视为上可利用拍照、单色处理、软件等测出叶面积指数、填充率、分形维率。增加树枝的个数以及对应的树枝的叶子数来改变各树冠形态结构加一个树枝，每种试验树种共进行 4 次试验。增加树枝与树叶放置持树枝结构捆绑在一起，垂直于地面地固定在风洞内。因此，本文验，各树冠结构参数的测定见下文。学孔隙率孔隙率（OP，optical porosity）的定义为：当一束光源沿着某个方结构，树冠透过光的面积占该光源面积的比例。按照上述的定义，

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本文编号：2784431