沙粒躍移軌跡的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、本文工作包括以下兩部分內(nèi)容：使用計算流體力學通用軟件FLUENT進行風沙動力學微觀領域的數(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工科大學實驗流體控制與生物流體實驗室風洞實驗得到的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果相比較。得出實驗沙床面粗糙度z0同實際沙床粗糙度z0之間的數(shù)學關系。使用復雜躍移軌跡—逆風反跳驗證這一數(shù)學關系的正確性。 本文首先從所要研究的實際問題出發(fā)，比較了

2、兩種研究風沙動力學的模型，選擇描述風沙動力學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)化方法一隨機軌道模型(StochasticTrajectoryModel)進行躍移沙粒軌跡數(shù)值模擬。在分析顆粒受力的基礎上，對Saffman升力對躍移顆粒的軌跡影響進行了數(shù)值模擬，得到了在躍移沙粒運動過程中，可以忽略Saffman升力的結(jié)論。 在此結(jié)論基礎上進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速的變化規(guī)律。當顆粒粒徑≤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工科大學實驗流體控制與生物流體實驗室風洞實驗得到的實驗數(shù)據(jù)，進行三條軌跡數(shù)值模擬與實驗的對比，并得到實驗測得z0