风沙运动中粒-床碰撞和蠕移运动的实验与数值模拟研究

发布时间：2025-01-04 02:06

　　风沙运动通过在海岸与干旱地区形成沙丘、沙波纹影响地球表面形态,沙尘的输运也影响着气候、生态系统、水文循环以及地球系统的其他部分。沙粒与床面的碰撞过程是风沙运动研究的重要部分。本文通过实验及数值模拟对粒-床碰撞过程进行研究,定量表征了反弹、溅射颗粒在不同冲击条件下起跳物理量的分布情况。给出了适用于沙粒的击溅函数,并将坡度的影响加入其中。此外,在数值模拟中,通过起跳角度的分布形态的变化给出了表面蠕移运动与溅移运动的界线;通过颗粒浓度的高程图给出了蠕移运动与跃移运动的界线,并统计了蠕移颗粒的运动特征。最后,利用得到的分界线,比较了跃移与蠕移颗粒的旋转角速度及动能分布;结合稳定风沙流中入射速度、入射角度的分布,计算了跃移与蠕移间的质量浓度比与水平通量比。主要工作如下:1.采用自行设计的颗粒发射冲击系统对真实沙粒-床面的轰击过程进行实验模拟,基于高速摄影技术获得了起溅颗粒角度、速度及颗粒数的分布规律及其随入射条件变化的定量表征,给出了天然沙粒的击溅函数。通过分布计算起跳物理量的均值并与以往结果对比,发现沙粒的结果在定性上与替代材料、模拟结果相似,但定量上存在差异。2.基于实验结果,对以往离散颗粒动...

【文章页数】：99 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1风沙运动的不同模式示意图（NicklingandNeuman，2009）

治隹帕５钠鹛?媛伞⒃诳罩械脑硕?刺?龋˙agnold,1941;Chepil,1945a,1945b,1946,1963;Zingg,1949,1953）。到70年代，由于沙漠化快速扩张，科学家主要关注风沙流的宏观规律研究（杨保等,1999）。80年代开始，风沙运动研究的重心转向....

图1-2粒-床碰撞三圆盘模型示意图（Zhengetal.，2005）

兰州大学博士学位论文风沙运动中粒-床碰撞与蠕移运动的实验与数值模拟研究4粒与单个静止颗粒的碰撞。McEwanetal.（1992）在此基础上提出了碰撞角的概念，并认为碰撞角是粒-床碰撞过程中的重要参数，它对反弹角度有重要影响，反弹角度一般在20-40度之间。由于粒-床过程是个复杂....

图1-3DEM模拟粒-床碰撞示意图（AndersonandHaff，1991）

兰州大学博士学位论文风沙运动中粒-床碰撞与蠕移运动的实验与数值模拟研究5的稳定性进行了进一步的模拟，对模型参数的设定给出了自己的建议。Ogeretal.（2005）使用DEM方法分别进行了二维和三维粒-床碰撞过程的模拟，结果显示其二维模拟结果与实验结果吻合，其三维模拟下的溅射颗粒....

图1-4混合粒径床面Zhouetal.（2006）

兰州大学博士学位论文风沙运动中粒-床碰撞与蠕移运动的实验与数值模拟研究5的稳定性进行了进一步的模拟，对模型参数的设定给出了自己的建议。Ogeretal.（2005）使用DEM方法分别进行了二维和三维粒-床碰撞过程的模拟，结果显示其二维模拟结果与实验结果吻合，其三维模拟下的溅射颗粒....

本文编号：4022738