风沙流中颗粒速度分布的格子Boltzmann模拟及风沙冲蚀研究

发布时间：2020-11-22 03:10

　　 沙粒在风的作用下从起跳、输运到沉积是一种十分常见并且重要的物理过程。当大量沙粒的运动便形成了风沙流。很多严重的环境问题都与其相关,例如农业土地退化、空气质量下降等。沙粒速度研究是风沙问题的一个重要方面。沙粒速度决定了风沙流能量、输沙量、输沙率等较多衡量风沙流强度的重要指标。由于近地表风沙流中沙粒数量多、速度快,往往会对地表设施产生较为严重的冲蚀破坏。因此,对于风沙流中颗粒速度以及其冲蚀能力的研究十分必要。 本文第一部分运用格子Boltzmann方法模拟了近地表二维风沙流中颗粒速度沿高度的分布。首先计算平坦床面和单块挡板两种条件下的结果,并与实验值进行对比,验证了方法的正确性。其次计算了两块挡板情形,在不同挡板间距和不同孔隙度两种条件下比较了沙粒速度受挡板的影响程度。结果验证了相关学者所得出的颗粒速度沿高度呈指数分布的结论。并表明,在有多孔挡板存在的情况下,风速和颗粒速度被明显削弱；若存在多块挡板,则随着挡板间距增大,其对跃移沙粒的阻碍作用越小；随着挡板孔隙度增大,其对颗粒速度的削弱程度越弱。 第二部分通过数值模拟近地表稳态风沙流对代表性靶材Inconel718的冲蚀量,定量预测了不同高度、风速等条件下风沙流的冲蚀特性。在风-沙-电耦合场的前提下、已有的风沙力学模型基础上提出沙粒跃移-冲蚀模型。结果表明,风沙冲蚀磨损发生在近地表处,对于给定的沙粒粒径,冲蚀量沿高度的分布与输沙量趋势一致,呈现分层现象；风速越大,冲蚀磨损越严重；材料冲蚀率随颗粒跳跃距离的增加先增大后减小；相同风场中,小粒径沙较大粒径沙有更强的冲蚀能力。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：P931.3
【文章目录】：
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Abstract
目录
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究历史及现状
    1.3 本文的研究目的和研究内容
第二章 格子BOLTZMANN基本理论及其在颗粒流方面的应用
    2.1 格子BOLTZMANN基本模型及基于BOLTZMANN-BGK的湍流模型
    2.2 格子BOLTZMANN方法中颗粒相的处理
第三章 二维风沙流颗粒速度分布的格子BOLTZMANN模拟
    3.1 边界的处理
    3.2 无挡板情形下二维风沙流的格子BOLTZMANN模拟
    3.3 有挡板情形下二维风沙流的格子BOLTZMANN模拟
第四章 稳态风沙流中跃移沙粒冲蚀磨损的数值模拟
    4.1 冲蚀模型的建立
    4.2 结果及讨论
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
附图

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 马颖,任峻,李元东,陈体军,李炳;冲蚀磨损研究的进展[J];兰州理工大学学报;2005年01期

2 郑晓静,周又和;风沙运动研究中的若干关键力学问题[J];力学与实践;2003年02期

3 郑晓静;;风沙运动中的若干力学问题研究[J];中国科学基金;2006年05期

本文编号：2894013