风沙流结构的实验与数值研究

发布时间：2020-08-04 22:13

【摘要】：本学位论文针对风沙运动研究中普遍关注的一些基本问题,诸如沙粒的起跳初速度分布函数、输沙量等,开展实验和数值模拟研究。首先根据已有风沙运动研究中的一些定性结论理论研究沙粒的起跳初速度分布规律；根据稳态和非稳态的风沙耦合运动模型研究风沙流结构；通过构建多粒径粒/床碰撞实验研究沙粒粒径对碰撞过程的影响,并在此基础上建立混合粒径风沙耦合运动模型研究混合粒径条件下的风沙运动过程。主要的研究内容如下： 1.根据已有风沙运动研究中得出的一些定性结论以及组合论思想,理论研究沙粒的起跳初速度分布规律,结果表明稳态时床面沙粒的起跳初速度分布函数和碰撞激起沙粒的起跳初速度分布函数都满足瑞利分布的形式。 2.根据稳态的和非稳态的风沙耦合运动模型研究风沙流结构,结果表明床面沙粒的起跳初速度分布规律会对风沙流结构形成一定的影响；当风沙运动达到稳定状态时,在不同摩阻风速下蠕移层内部的风速分布情况基本相同,在蠕移层内运动的沙粒的运动轨迹基本相同,输沙量沿高度分布存在分层分布的特征,而饱和层的高度主要受沙粒自身的性质决定,风速对其的影响很小 3.通过构建多粒径的粒/床碰撞实验,研究沙粒粒径对碰撞过程的影响,结果表明入射沙粒的粒径和床面沙粒的粒径都会对入射沙粒的恢复系数、反弹角度的大小及其分布规律以及碰撞激起的沙粒数量形成较大程度的影响；当入射沙粒的粒径和床面沙粒的粒径相同时,沙粒粒径对入射沙粒的恢复系数以及反弹角度等都几乎没有影响。 4.通过建立混合粒径的风沙耦合运动模型,研究混合粒径条件下的风沙运动过程,结果表明,与单一粒径条件下的风沙运动过程相比,在混合粒径条件下风沙运动达到动态平衡所需的时间更长,单宽输沙率和床面剪应力都大于单一粒径条件下的计算结果,风场中运动沙粒的粒径分布与床面沙粒的粒径分布相关,其平均值向小粒径方向偏移,但其趋势基本保持不变。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P931.3

【引证文献】