沙粒躍移軌跡的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文工作包括以下兩部分內(nèi)容：使用計算流體力學(xué)通用軟件FLUENT進(jìn)行風(fēng)沙動力學(xué)微觀領(lǐng)域的數(shù)值模擬。先討論Saffman升力對躍移顆粒的軌跡影響，在此基礎(chǔ)上討論湍流脈動對顆粒軌跡的影響，并與課題組成員在韓國浦項(xiàng)工科大學(xué)實(shí)驗(yàn)流體控制與生物流體實(shí)驗(yàn)室風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果相比較。得出實(shí)驗(yàn)沙床面粗糙度z0同實(shí)際沙床粗糙度z0之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。使用復(fù)雜躍移軌跡—逆風(fēng)反跳驗(yàn)證這一數(shù)學(xué)關(guān)系的正確性。 本文首先從所要研究的實(shí)際問題出發(fā)，比較了

2、兩種研究風(fēng)沙動力學(xué)的模型，選擇描述風(fēng)沙動力學(xué)的離散相拉格朗日模型作為數(shù)值模擬模型，采用其中優(yōu)化方法一隨機(jī)軌道模型(StochasticTrajectoryModel)進(jìn)行躍移沙粒軌跡數(shù)值模擬。在分析顆粒受力的基礎(chǔ)上，對Saffman升力對躍移顆粒的軌跡影響進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了在躍移沙粒運(yùn)動過程中，可以忽略Saffman升力的結(jié)論。 在此結(jié)論基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論了湍流脈動對躍移沙粒軌跡的影響，在粒徑為500um-200um范圍內(nèi)，湍

3、流脈動的影響可以近似忽略，在同一摩阻風(fēng)速的條件下，隨著粒徑的減小，湍流脈動的影響日趨顯著；并得到躍移距離、躍移高度及其兩者之比隨沙粒粒徑及摩阻風(fēng)速的變化規(guī)律。當(dāng)顆粒粒徑≤160um時，顆粒的軌跡線在下降段有向上凸的趨勢，軌跡線開始變得不光滑，但仍保持躍移狀態(tài)，這時就應(yīng)開始考慮湍流脈動對軌跡的影響。 結(jié)合課題組在韓國浦項(xiàng)工科大學(xué)實(shí)驗(yàn)流體控制與生物流體實(shí)驗(yàn)室風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行三條軌跡數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)的對比，并得到實(shí)驗(yàn)測得z0