高立式尼龙网沙障周围风沙运动特性的数值模拟与试验
发布时间：2022-01-07 16:52
为探究沙障影响下的风沙运动规律,明晰不同情况高立式尼龙网沙障周围的风速变化和积沙分布,补充野外试验数据不足的问题。该研究以磴口-乌斯太的穿沙公路为研究背景,基于FLUENT数值模拟的方法,对不同障排数量、沙障高度及入口风速下高立式尼龙网沙障周围的风速和积沙分布进行数值模拟,并通过野外试验进行验证。结果表明:不同情况高立式沙障沿水平方向的流场形式均以"V"和"W"型存在,而高立式沙障背风侧垂直方向的风速廓线形式主要以"S"型为主;风速为8 m/s,相邻障排间距为3 m条件下,分析不同障排数量对风沙运动的影响发现,单排、双排和三排高立式沙障的防护范围分别为第一排沙障至其后的6、13和20 m处,随沙障排数的增加总积沙量呈现递增趋势;风速为10 m/s,双排沙障间距8 m条件下分析沙障高度对风沙运动的影响发现,60、100、120和150 cm高立式沙障的水平流场分层点分别为0.8、1.2、1.5和2.0 m;沙障高度150 cm,双排沙障间距20 m条件下分析入口风速对风沙运动的影响发现,当风速增至15 m/s以上时,150 cm的双排沙障背风侧基本上无积沙分布,高立式沙障逐渐失去了防护作...
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(18)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【图文】：
图1 双排沙障几何模型
为了验证数值模拟结果的可靠性，本研究以双排沙障为例开展野外试验（图2）。试验区位于巴彦淖尔市磴口-乌斯太的穿沙公路2 km处，其地理坐标40°07′27″～40°10′29″N,106°43′17″～106°48′36″E，属于乌兰布和沙漠沿黄段，北部多固定和半固定沙丘，沙源丰富，风沙活动频繁，为观测沙障周围的风沙流场研究提供了良好的地理条件。野外铺设4种高度（60、100、120和150 cm）的双排沙障，布设间距均为8 m，与不同沙障高度的数值模拟形成对比试验。风杯观测高度分别为20、50、100和150 cm。为了便于对比，简化野外试验的测点位置，迎风侧、背风侧和过渡区与数值模拟的规定方式一致，双排沙障的迎风侧测点位置为16、17、18、19 m，过渡区测点位置为21、23、25和27 m，背风侧测点位置为29、30、32和34 m),4种高度沙障断开布设，避免边界效应的影响。2 结果与分析
由图3不同障排数量沙障周围的水平风速变化可知，当气流运行至沙障迎风侧时，垂直方向0.2～2.0 m内明显有分层现象，0.2～0.6 m内气流在阻遇沙障时急剧下降，单排沙障流场形式呈现“V”型；双排沙障流场形式为“W”型；三排沙障流场形式为多“V”型，且三排沙障的气流形式最复杂。水平监测线（0.8 m）为单排、双排和三排的水平气流的分层点，整体呈现先上升后下降的形式，表现为倒“U”型。单排、双排和三排沙障的防风效果分别至26、33和40 m时逐渐恢复至入口风速，说明沙障防护范围分别为第一排沙障至其后的6、13和20 m处。由图4可知，单排、双排和三排沙障迎风侧的风速廓线在靠近沙障18.8～20.0 m范围时，风速廓线表现出“S”型，说明此时风速出现了反向气流，形成了涡流区或风影区。随着障排数量的增加，垂直方向0～0.5 m范围内单排、双排和三排沙障的风廓线变化范围分别为3.5～5.0、3.5～5.5到3.5～6.0 m/s逐渐增大，说明其防风效果逐渐增强。从单排、双排和三排沙障背风侧的风速廓线可知，单排沙障在20.6～21.2 m之间出现风速变化的拐点，双排沙障在23.3～24.2 m之间均出现了风速变化的拐点，第三排沙障在26.6～27.2 m之间出现风速变化的拐点。由图4的过渡区风速廓线变化幅度可知，三排沙障的过渡区风速廓线更趋于“S”型，说明三排沙障的防护效果优于双排沙障的防护效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国交通干线风沙危害防治模式及应用[J]. 李生宇,雷加强,徐新文,屈建军,任宏晶. 中国科学院院刊. 2020(06)
[2]新疆S214省道高立式芦苇沙障合理间距分析[J]. 陈柏羽,程建军,李生宇. 干旱区研究. 2020(03)
[3]毛乌素沙地新垦地土壤风蚀特征[J]. 周炎广,武子丰,胡日娜,李红悦,王卓然,哈斯额尔敦. 农业工程学报. 2020(01)
[4]尼龙网方格沙障防风效应复变规律[J]. 魏翔鸿,左合君,闫敏,贾光普. 干旱区研究. 2019(06)
[5]不同沙埋程度下带状沙障的防风固沙效果研究[J]. 袁立敏,黄海广,闫德仁,胡小龙. 农业工程学报. 2019(16)
[6]新建格库铁路HDPE板高立式沙障防风效益数值模拟研究[J]. 张凯,王起才,杨子江,梁柯鑫,赵坤,崔晓宁. 铁道学报. 2019(03)
[7]乌兰布和沙漠东北缘起沙风风况及输沙特征[J]. 罗凤敏,高君亮,辛智鸣,边凯,郝玉光,刘芳. 农业工程学报. 2019(04)
[8]青藏铁路路基对风沙运动规律影响的数值模拟[J]. 孙兴林,张宇清,张举涛,秦树高,周金星. 林业科学. 2018(07)
[9]基于Design Exploration方法对铁路下导风工程关键设计参数的优化[J]. 辛林桂,程建军,王连,智凌岩. 中国沙漠. 2018(06)
[10]挡沙墙开孔方式与阻沙效果的关系研究[J]. 李凯崇,石龙,蒋富强,薛春晓,孔令伟. 铁道工程学报. 2017(11)
硕士论文
[1]风沙流对准朔铁路路堑响应规律及防风沙措施效果数值研究[D]. 俞明聪.北京交通大学 2017
[2]风沙两相流对铁路路堤及防风挡沙墙响应规律的数值模拟研究[D]. 李晓军.兰州交通大学 2016
本文编号：3574909
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(18)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【图文】：
图1 双排沙障几何模型
为了验证数值模拟结果的可靠性，本研究以双排沙障为例开展野外试验（图2）。试验区位于巴彦淖尔市磴口-乌斯太的穿沙公路2 km处，其地理坐标40°07′27″～40°10′29″N,106°43′17″～106°48′36″E，属于乌兰布和沙漠沿黄段，北部多固定和半固定沙丘，沙源丰富，风沙活动频繁，为观测沙障周围的风沙流场研究提供了良好的地理条件。野外铺设4种高度（60、100、120和150 cm）的双排沙障，布设间距均为8 m，与不同沙障高度的数值模拟形成对比试验。风杯观测高度分别为20、50、100和150 cm。为了便于对比，简化野外试验的测点位置，迎风侧、背风侧和过渡区与数值模拟的规定方式一致，双排沙障的迎风侧测点位置为16、17、18、19 m，过渡区测点位置为21、23、25和27 m，背风侧测点位置为29、30、32和34 m),4种高度沙障断开布设，避免边界效应的影响。2 结果与分析
由图3不同障排数量沙障周围的水平风速变化可知，当气流运行至沙障迎风侧时，垂直方向0.2～2.0 m内明显有分层现象，0.2～0.6 m内气流在阻遇沙障时急剧下降，单排沙障流场形式呈现“V”型；双排沙障流场形式为“W”型；三排沙障流场形式为多“V”型，且三排沙障的气流形式最复杂。水平监测线（0.8 m）为单排、双排和三排的水平气流的分层点，整体呈现先上升后下降的形式，表现为倒“U”型。单排、双排和三排沙障的防风效果分别至26、33和40 m时逐渐恢复至入口风速，说明沙障防护范围分别为第一排沙障至其后的6、13和20 m处。由图4可知，单排、双排和三排沙障迎风侧的风速廓线在靠近沙障18.8～20.0 m范围时，风速廓线表现出“S”型，说明此时风速出现了反向气流，形成了涡流区或风影区。随着障排数量的增加，垂直方向0～0.5 m范围内单排、双排和三排沙障的风廓线变化范围分别为3.5～5.0、3.5～5.5到3.5～6.0 m/s逐渐增大，说明其防风效果逐渐增强。从单排、双排和三排沙障背风侧的风速廓线可知，单排沙障在20.6～21.2 m之间出现风速变化的拐点，双排沙障在23.3～24.2 m之间均出现了风速变化的拐点，第三排沙障在26.6～27.2 m之间出现风速变化的拐点。由图4的过渡区风速廓线变化幅度可知，三排沙障的过渡区风速廓线更趋于“S”型，说明三排沙障的防护效果优于双排沙障的防护效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国交通干线风沙危害防治模式及应用[J]. 李生宇,雷加强,徐新文,屈建军,任宏晶. 中国科学院院刊. 2020(06)
[2]新疆S214省道高立式芦苇沙障合理间距分析[J]. 陈柏羽,程建军,李生宇. 干旱区研究. 2020(03)
[3]毛乌素沙地新垦地土壤风蚀特征[J]. 周炎广,武子丰,胡日娜,李红悦,王卓然,哈斯额尔敦. 农业工程学报. 2020(01)
[4]尼龙网方格沙障防风效应复变规律[J]. 魏翔鸿,左合君,闫敏,贾光普. 干旱区研究. 2019(06)
[5]不同沙埋程度下带状沙障的防风固沙效果研究[J]. 袁立敏,黄海广,闫德仁,胡小龙. 农业工程学报. 2019(16)
[6]新建格库铁路HDPE板高立式沙障防风效益数值模拟研究[J]. 张凯,王起才,杨子江,梁柯鑫,赵坤,崔晓宁. 铁道学报. 2019(03)
[7]乌兰布和沙漠东北缘起沙风风况及输沙特征[J]. 罗凤敏,高君亮,辛智鸣,边凯,郝玉光,刘芳. 农业工程学报. 2019(04)
[8]青藏铁路路基对风沙运动规律影响的数值模拟[J]. 孙兴林,张宇清,张举涛,秦树高,周金星. 林业科学. 2018(07)
[9]基于Design Exploration方法对铁路下导风工程关键设计参数的优化[J]. 辛林桂,程建军,王连,智凌岩. 中国沙漠. 2018(06)
[10]挡沙墙开孔方式与阻沙效果的关系研究[J]. 李凯崇,石龙,蒋富强,薛春晓,孔令伟. 铁道工程学报. 2017(11)
硕士论文
[1]风沙流对准朔铁路路堑响应规律及防风沙措施效果数值研究[D]. 俞明聪.北京交通大学 2017
[2]风沙两相流对铁路路堤及防风挡沙墙响应规律的数值模拟研究[D]. 李晓军.兰州交通大学 2016
本文编号：3574909
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