森林下垫面风场特征的数值研究
发布时间：2021-10-07 19:31
植被下垫面对土壤风蚀和风沙防治有着非常重要的作用,所以研究植被下垫面对风场的影响具有重要的理论和实际意义。目前对植被下垫面内部及周围风场特性等方面的研究多采用实验观测的手段。本文在前人研究工作基础上,分析了影响森林阻力系数的主要因素,研究了气流进入和流出森林时的风场情况,并计算了不同叶面积指数和林分密度下森林的空气动力学粗糙度、零平面位移高度和摩阻风速。主要内容如下：1.建立了植被下垫面风场运动的理论模型。在时均湍流控制方程的基础上,利用空间平均原理推导了植被下垫面风场控制方程,并给出了控制方程中的参数计算和控制方程的求解方法。2.考虑到由于森林叶面积密度沿高度变化而造成森林阻风能力沿高度的变化,本文利用植被下垫面风场理论模型研究了森林阻力系数和叶面积密度之间的关系,并利用这一关系修正了以前学者由于没有考虑阻力系数和植被特性之间的关系而造成的误差。然后计算了气流进、出森林时的速度和湍流强度,所得结果与野外观测结果吻合较好。3.研究了森林叶面积指数和林分密度对森林空气动力学粗糙度、零平面位移高度、摩阻风速的影响,得到了不同林分密度下,粗糙度、零平面位移高度及摩阻风速随叶面积指数的变化规律...
【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】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１凤蚀地貌和风沙运动（图片来自互联网）??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?ｗｉｎｄ?ｅｒｏｓｉｏｎ?ｌａｎｄｆｏｒｍ?ａｎｄ?ｓａｎｄ?ｂｌｏｗｎ（ｆｒｏｍ?Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）??
本章计算中考虑的森林沿流向为半无限长，计算区域为Ｘ－Ｚ平面上的二维??区域，离５００ｍ，长１０００ｍ。森林迎风面距离风场域入口?３００ｍ，森林高为Ａ，??坐标原点位于森林迎风面底部。计算区域的示意图如图３－１所示。??Ｏ??３??Ａ?森林??Ｕ—?３００ｍ￣？Ｈ￣左?７００ｍ??？！??图３－１计算区域示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ?ａｒｅａ??边界条件??风场入口?：?ｘ＝－３〇〇ｍ，ｗ＝Ｊ７〇，?ｗ＝０；??风场出日：自由出口；??上边界：ｚ＝５００ｍ，?—?＝?０，?ｗ＝０；??Ｂｚ??下边界：２＝０，ｗ＝ｗ＝０；??计算单元划分??采用非均匀结构化网格对风场域进行划分。考虑到森林迎风面处速度和瑞??流强度较大，所Ｗ在森林迎风面处网格尺度较小，；Ｃ方向上，该处网格尺寸为??０．５ｍ，网格从森林迎风面向风场域的入口和出曰增大，最大均为２．５ｍ。高度方??向上，网格由地面向上增大，最小尺寸为０．５ｍ，最大为２．５ｍ。??？＇猫Ｓ稱剛触拓－由臓ｍＳｒｉ柏脚？Ｂ??蟲韵疆ｉｉｌｉ画圓靈Ｉ??强Ｉ援壁ＨＩ－；’吉－：中；Ｊ恥播隅强禪强ｉｎｉＴＯｆ??ｒ，＂?■＂?■?■?－?ｓ?ｊ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]脉动风场下风沙流结构的数值模拟[J]. 武建军,罗生虎,闫光虎,何丽红. 中国沙漠. 2011(03)
[2]樟子松人工林单木叶量垂直分布规律[J]. 闫明准,刘兆刚. 东北林业大学学报. 2009(07)
[3]几种湍流模型及其在FLUENT中的应用[J]. 任志安,郝点,谢红杰. 化工装备技术. 2009(02)
[4]-湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[J]. 熊莉芳,林源,李世武. 工业加热. 2007(04)
[5]风沙运动力学机理研究的历史、进展与趋势[J]. 黄宁,郑晓静. 力学与实践. 2007(04)
[6]植被覆盖地表的空气动力学粗糙度及对土壤风蚀的影响[J]. 赵永来,麻硕士,陈智. 农机化研究. 2007(02)
[7]空气动力学粗糙度的物理与实践意义[J]. 刘小平,董治宝. 中国沙漠. 2003(04)
[8]中国沙漠化研究[J]. 王涛,朱震达. 中国生态农业学报. 2001(02)
[9]华北落叶松人工林生长季内的林冠结构和光分布[J]. 马钦彦,刘志刚,潘向丽,韩海荣,张戎. 北京林业大学学报. 2000(04)
[10]杉木中龄林树冠叶面积密度空间分布及季节变化[J]. 张小全,赵茂盛,徐德应. 林业科学研究. 1999(06)
本文编号：3422639
【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】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１凤蚀地貌和风沙运动（图片来自互联网）??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?ｗｉｎｄ?ｅｒｏｓｉｏｎ?ｌａｎｄｆｏｒｍ?ａｎｄ?ｓａｎｄ?ｂｌｏｗｎ（ｆｒｏｍ?Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）??
本章计算中考虑的森林沿流向为半无限长，计算区域为Ｘ－Ｚ平面上的二维??区域，离５００ｍ，长１０００ｍ。森林迎风面距离风场域入口?３００ｍ，森林高为Ａ，??坐标原点位于森林迎风面底部。计算区域的示意图如图３－１所示。??Ｏ??３??Ａ?森林??Ｕ—?３００ｍ￣？Ｈ￣左?７００ｍ??？！??图３－１计算区域示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ?ａｒｅａ??边界条件??风场入口?：?ｘ＝－３〇〇ｍ，ｗ＝Ｊ７〇，?ｗ＝０；??风场出日：自由出口；??上边界：ｚ＝５００ｍ，?—?＝?０，?ｗ＝０；??Ｂｚ??下边界：２＝０，ｗ＝ｗ＝０；??计算单元划分??采用非均匀结构化网格对风场域进行划分。考虑到森林迎风面处速度和瑞??流强度较大，所Ｗ在森林迎风面处网格尺度较小，；Ｃ方向上，该处网格尺寸为??０．５ｍ，网格从森林迎风面向风场域的入口和出曰增大，最大均为２．５ｍ。高度方??向上，网格由地面向上增大，最小尺寸为０．５ｍ，最大为２．５ｍ。??？＇猫Ｓ稱剛触拓－由臓ｍＳｒｉ柏脚？Ｂ??蟲韵疆ｉｉｌｉ画圓靈Ｉ??强Ｉ援壁ＨＩ－；’吉－：中；Ｊ恥播隅强禪强ｉｎｉＴＯｆ??ｒ，＂?■＂?■?■?－?ｓ?ｊ
?森林下垫面风场特征的数值研巧??图３－７和图３－８分别给化了森林风场的速度云图和縮流强度云图。可看到??森林覆盖区域的风速很小，森林上方的风速相比来流风速也有明显的减弱。由??于有树冠的扰动，树冠部端流强度较大（红色），而其他位置的縮流强度较小。??ｖｅｌｏｃｉｔｙ?．ｍａｇｎｉｔｕｄｅ：??ｔｎｉｓ）?〇＿＜?１９?３，３?４＿６?６０?７．４??６０－?－?叫測肺＇??ｚ??，，．：记Ｖ，式縣Ｖ：；．’；’ｌ議圍??．＇Ｉ＇．－皆巧ｍＨＨ??〇４?１?：＝：＝ｒｐｆｌｌｉｐＨａｐｌＭＭＨｉｐｉＨＨＨＶ??－３００?＇?－１００?６?＇?１００?、？?３００?＇?５００?＇?７００??图３－７风场速度云图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－７?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ｏｆ?ｆｌｏｗ?ｆｉｅｌｄ??ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ?ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；?＾＾＾＾＾Ｈｊｊ｜＾＾｜｜ｊｊ｜［｜｜ｊｊ｜ＢＩＩＩ＾＾Ｉ??０．１?０．１?０．２?ＯＪ?０．４?０．５??＇＇蹲，；．ｉ鑛??＾?‘巧安??：，＂—??－〇；００?－１００?０?１００?＾?３００?５００?７〇〇??图３－８风场瑞流强度云图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－８?ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ?ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ?ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ｏｆ?ｆｌｏｗ?ｆｉｅｌｄ??Ｄａｌｐ自＆?Ｍａｓｓｏｎ讨论了阻力系数对数值模拟结果的影响，经过计算发现当??阻为系数打＝０．２时
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉动风场下风沙流结构的数值模拟[J]. 武建军,罗生虎,闫光虎,何丽红. 中国沙漠. 2011(03)
[2]樟子松人工林单木叶量垂直分布规律[J]. 闫明准,刘兆刚. 东北林业大学学报. 2009(07)
[3]几种湍流模型及其在FLUENT中的应用[J]. 任志安,郝点,谢红杰. 化工装备技术. 2009(02)
[4]-湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[J]. 熊莉芳,林源,李世武. 工业加热. 2007(04)
[5]风沙运动力学机理研究的历史、进展与趋势[J]. 黄宁,郑晓静. 力学与实践. 2007(04)
[6]植被覆盖地表的空气动力学粗糙度及对土壤风蚀的影响[J]. 赵永来,麻硕士,陈智. 农机化研究. 2007(02)
[7]空气动力学粗糙度的物理与实践意义[J]. 刘小平,董治宝. 中国沙漠. 2003(04)
[8]中国沙漠化研究[J]. 王涛,朱震达. 中国生态农业学报. 2001(02)
[9]华北落叶松人工林生长季内的林冠结构和光分布[J]. 马钦彦,刘志刚,潘向丽,韩海荣,张戎. 北京林业大学学报. 2000(04)
[10]杉木中龄林树冠叶面积密度空间分布及季节变化[J]. 张小全,赵茂盛,徐德应. 林业科学研究. 1999(06)
本文编号：3422639
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