| 题名 | 风沙边界风沙相互作用若干问题的研究 |
| 作者 | 王洪涛 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2005 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 董治宝 |
| 关键词 | 风沙边界层 风沙流结构 输沙率 风速廓线 剪切力 浓度 |
| 其他题名 | Basic Research on the effect of the interaction between the sand and wind in the blowing sand boundary-layer |
| 中文摘要 | 风沙边界层中气流对沙粒的作用主要包括风沙流结构、输沙率、浓度以及单颗沙粒的运动特性等方面的内容，运动沙粒对气流的作用主要体现在气流速度场的改变。风沙边界层风沙相互作用是风沙物理学研究的基本内容。自Bagnold以来人们对这些特性的研究由大概定性地描述，转移到精确地定量描述，并取得了一定进展，但还存在很大分歧。主要原因是实验仪器的差异与实验条件控制的不同以及数值模拟的不确定性造成的。本文通过比较科学合理的实验仪器，结合风洞实验对风沙边界层风沙相互作用的基本问题，进行了综合研究，得到以下结论：1．风沙流中输沙通量沿高度的变化规律为指数衰减，其表达形式为qh=aexp（-h／b），qh为在高度h处的输沙量，。，b为与风速、沙粒粒径分布相关的系数。a，表示为输沙通量中的蠕移沙量，b意味着输沙通量沿高度的衰减速率。实验结果表明输沙通量沿高度的衰减速率随风速与沙粒粒径的增大而减小，这意味着随风速与沙粒粒径的增大，更多沙粒的跳跃到较高的高度上。随风速与沙粒粒径的增大，风沙流的平均跃移高度（占总输沙量50％的高度）随之增大，表明随风速与沙粒粒径的增大，风沙流的跃移运动更加活跃。蠕移输沙量所占整个输沙量的比随风速的增大而减小，随粒径的减小而增大。2．输沙率与来流风速的关系可用o'Brien一形ndlaub型方程Q幼（刃（1一Ru）z（p／g）沪表示或Bagnold改进型方程Q＝f2（d）。0.25（p／g）u＊3表示。为（内＝1／（475．24＋93．62d／D），（力＝1．41＋4．9sexPC0．5（1n（d／1．5SD）／0．57）z），其中，Rt=U*/U*，Ru＝刁V。d为沙粒粒径，D为参考沙粒粒径等于0．25～。K为与F在同一高度上所测得起动风速，U＊为风沙流中气流的摩阻速度，U＊t为临界摩阻速度。沙粒临界摩阻速度适用Bagnold，所提出的公式，但是起动系数A随颗粒雷诺数的增大而减小，经分析后发现颗粒起动时气流不完全是湍流的。3．风沙流中的风速廓线表现在半对数轴上，不再是一条直线，而是略微上凸的曲线，在距沙床表面2～scm处，两种廓线之间的差异达到最大。实验结果表明风沙流中的风速廓线用幂函数uz＝azb，拟合最佳。b的变化范围为0.1-O，17，相同粒径下，随风速的增大而增大；相同风速下，随沙粒粒径的增大而减小。风沙流中气流的剪切作用随高度的变化与风速以及沙粒的粒径密切相关。体积力随高度急剧衰减，粒载剪切力随高度衰减而气载剪切力随高度递增。总剪切力随风速以及沙粒粒径的增大而增大。4．风沙流中的浓度沿高度呈指数c：aexP卜z／b）衰减，其衰减速率与风速有关。在较低风速范围内，风速越小，．衰减越快；风速越大，衰减越慢。风沙运动发生，靠近沙床表面的沙粒浓度随风速变化不是非常明显，基本趋于稳定。其体积浓度达到10礴量级，而单位体积中沙粒质量与气流质量之比达到10一l量级，因此沙粒与气流之间的相互作用不可忽略，这也是风沙两相流的特殊之处。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 84 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/22030]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王洪涛. 风沙边界风沙相互作用若干问题的研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2005. |
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