風(fēng)蝕風(fēng)洞中棒柵-粗糙元對(duì)流場(chǎng)特性影響的模擬分析.pdf

1、地表風(fēng)場(chǎng)特性的模擬是土壤風(fēng)蝕研究的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作，隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值風(fēng)洞的方法在該模擬研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。
　　 本文基于土壤風(fēng)蝕風(fēng)洞中湍流渦發(fā)生器的設(shè)計(jì)，利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件Fluent對(duì)NK-1可移動(dòng)式風(fēng)蝕風(fēng)洞中典型農(nóng)田風(fēng)蝕地表風(fēng)場(chǎng)上的大氣邊界層進(jìn)行數(shù)值模擬，提出引入多孔介質(zhì)模型的方法將原非規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)的棒柵進(jìn)行替代計(jì)算，最終得到棒柵-粗糙元的優(yōu)化分布，并通過室內(nèi)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果

2、顯示，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)與模擬所得剖面的相關(guān)系數(shù)為0.974，效果較理想，從而驗(yàn)證了用棒柵-粗糙元組合作為湍流渦發(fā)生器來模擬大氣邊界層是可行的。
　　 同時(shí)，本文針對(duì)NK-1風(fēng)洞的收縮段+試驗(yàn)段建立了全尺度模型，將被動(dòng)模擬技術(shù)中的棒柵、粗糙元裝置引入到數(shù)值風(fēng)洞中，開展了對(duì)大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬研究，并得到了棒柵-粗糙元模擬裝置及相關(guān)運(yùn)行參數(shù)對(duì)風(fēng)洞中流場(chǎng)特性的影響。首先，棒柵對(duì)邊界層流場(chǎng)的形成主要起“粗調(diào)”作用，改變棒柵間距則會(huì)對(duì)流場(chǎng)

3、產(chǎn)生一定的影響；其次，粗糙元對(duì)邊界層流場(chǎng)的形成主要起“細(xì)調(diào)”作用，它僅對(duì)近地面的風(fēng)速剖面產(chǎn)生影響，對(duì)流場(chǎng)湍流強(qiáng)度分布主要起到分化、穩(wěn)定、平衡的作用；第三，隨著入口氣流速度的增加，所得的風(fēng)速剖面和湍流強(qiáng)度數(shù)值依次增大，但風(fēng)速梯度逐漸變小，而湍流強(qiáng)度在風(fēng)洞上下兩端增幅較中間部分大；最后，速度場(chǎng)在離粗糙元鋪設(shè)結(jié)束0.6m之后已經(jīng)發(fā)展完全，中軸線上的速度剖面幾乎不再隨測(cè)量位置x的增加而變化，而湍流強(qiáng)度會(huì)在風(fēng)洞上下兩端有增大趨勢(shì)，而中間部分略有減