風(fēng)成沙波紋的計算機模擬與穩(wěn)定性分析.pdf

1、本學(xué)位論文在總結(jié)前人關(guān)于風(fēng)成沙波紋研究的基礎(chǔ)上，以元胞自動機原理為出發(fā)點，根據(jù)風(fēng)沙兩相流體運動的近期研究成果，對現(xiàn)有風(fēng)成沙波紋的數(shù)值模擬進(jìn)行了修正和改進(jìn)，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行了理論分析，主要研究工作包括如下四個方面： 1.以元胞自動機理論為基礎(chǔ)，考慮了實際沙波紋的形成機理，在N-O模型以及苗-慕-武模型的基礎(chǔ)上對二維和三維的蠕移規(guī)則和躍移規(guī)則進(jìn)行了改進(jìn)，成功模擬出了沙波紋的形成過程以及當(dāng)參數(shù)改變時與自然界相對應(yīng)的真實沙波紋的圖形，如

2、Y形連接等形狀。數(shù)值結(jié)果表明改進(jìn)模型的模擬結(jié)果與自然界真實沙波紋更相符合。 2.以二維沙波紋模擬的模型為例，分析了模擬規(guī)則中的四個重要的模擬控制參數(shù)10、q、b、d對模擬結(jié)果的影響，討論了各個控制參數(shù)所具有的或與之相對應(yīng)的物理意義，得到：10正比例于表面的風(fēng)的剪切力，與沙床表面風(fēng)的摩阻風(fēng)速相對應(yīng)；沙波紋隨參數(shù)b的增大，波長變?。粎?shù)q的大小即是沙粒的粒徑的大小，沙粒的粒徑過大和過小都不易形成沙波紋；參數(shù)d，隨d的增加邊界效應(yīng)逐漸

3、消除。 3.從流體動力學(xué)出發(fā)，給出了沙波紋的流體波動解。討論了Stokes波在不同條件下的近似解析解，刻畫了風(fēng)成沙波紋的幾何特征。當(dāng)Stokes波取極限近似時，其極限剖面圖形形狀與草方格固沙后的穩(wěn)定凹曲面的形狀大體一致，為工程實踐提供了理論依據(jù)。 4.以流體力學(xué)的穩(wěn)定性理論為基礎(chǔ)，從不可壓縮流體理論出發(fā)分析、研究了沙波紋生長、發(fā)展過程中的穩(wěn)定性問題，并對改進(jìn)前后的二維和三維模型進(jìn)行了穩(wěn)定性討論，得出了相應(yīng)的穩(wěn)定性臨界值和