中国水土流失分区——风沙区
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为兴趣而生，贴吧更懂你。&或风沙流结构的实验与数值研究--《兰州大学》2012年博士论文
风沙流结构的实验与数值研究
【摘要】：本学位论文针对风沙运动研究中普遍关注的一些基本问题,诸如沙粒的起跳初速度分布函数、输沙量等,开展实验和数值模拟研究。首先根据已有风沙运动研究中的一些定性结论理论研究沙粒的起跳初速度分布规律；根据稳态和非稳态的风沙耦合运动模型研究风沙流结构；通过构建多粒径粒/床碰撞实验研究沙粒粒径对碰撞过程的影响,并在此基础上建立混合粒径风沙耦合运动模型研究混合粒径条件下的风沙运动过程。主要的研究内容如下：
1.根据已有风沙运动研究中得出的一些定性结论以及组合论思想,理论研究沙粒的起跳初速度分布规律,结果表明稳态时床面沙粒的起跳初速度分布函数和碰撞激起沙粒的起跳初速度分布函数都满足瑞利分布的形式。
2.根据稳态的和非稳态的风沙耦合运动模型研究风沙流结构,结果表明床面沙粒的起跳初速度分布规律会对风沙流结构形成一定的影响；当风沙运动达到稳定状态时,在不同摩阻风速下蠕移层内部的风速分布情况基本相同,在蠕移层内运动的沙粒的运动轨迹基本相同,输沙量沿高度分布存在分层分布的特征,而饱和层的高度主要受沙粒自身的性质决定,风速对其的影响很小
3.通过构建多粒径的粒/床碰撞实验,研究沙粒粒径对碰撞过程的影响,结果表明入射沙粒的粒径和床面沙粒的粒径都会对入射沙粒的恢复系数、反弹角度的大小及其分布规律以及碰撞激起的沙粒数量形成较大程度的影响；当入射沙粒的粒径和床面沙粒的粒径相同时,沙粒粒径对入射沙粒的恢复系数以及反弹角度等都几乎没有影响。
4.通过建立混合粒径的风沙耦合运动模型,研究混合粒径条件下的风沙运动过程,结果表明,与单一粒径条件下的风沙运动过程相比,在混合粒径条件下风沙运动达到动态平衡所需的时间更长,单宽输沙率和床面剪应力都大于单一粒径条件下的计算结果,风场中运动沙粒的粒径分布与床面沙粒的粒径分布相关,其平均值向小粒径方向偏移,但其趋势基本保持不变。
【关键词】：
【学位授予单位】：兰州大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2012【分类号】：P931.3【目录】：
中文摘要3-4Abstract4-8第一章 绪论8-26 1.1 研究意义与背景8-10 1.2 研究现状与进展10-24
1.2.1 风沙运动研究的主要发展阶段10-12
1.2.2 粒/床碰撞及沙粒的起跳初速度分布规律12-18
1.2.3 风沙流结构18-22
1.2.4 混合粒径风沙运动研究22-24 1.3 本文的主要研究内容24-26第二章 沙粒的起跳初速度分布研究26-38 2.1 复杂程度理论简介27-29 2.2 沙粒的起跳初速度分布规律29-37
2.2.1 稳态时床面沙粒的起跳初速度分布规律29-33
2.2.2 碰撞激起沙粒的起跳初速度分布规律33-37 2.3 本章小结37-38第三章 输沙量的垂直分布特征研究38-65 3.1 稳态的风沙耦合运动38-52
3.1.1 单颗沙粒的受力分析及其运动方程38-41
3.1.2 稳定风场的基本方程41-42
3.1.3 初始风速42-43
3.1.4 风沙祸合过程43-45
3.1.5 计算过程45-46
3.1.6 数值算例46-48
3.1.7 沙粒的起跳初速度分布规律对风沙流结构的影响48-52 3.2 非稳态的风沙耦合运动52-63
3.2.1 沙粒的运动方程52-53
3.2.2 粒/床碰撞过程53-54
3.2.3 非稳态流场54-55
3.2.4 风场与沙粒的耦合作用55-56
3.2.5 计算流程56-57
3.2.6 数值算例57-59
3.2.7 计算结果与分析59-63 3.3 本章小结63-65第四章 颗粒粒径对碰撞过程的影响65-83 4.1 实验装置与方法66-67 4.2 实验结果与分析67-81
4.2.1 颗粒粒径对恢复系数的影响68-73
4.2.2 颗粒粒径对反弹角度的影响73-78
4.2.3 颗粒粒径对碰撞激起颗粒数的影响78-81 4.3 本章小结81-83第五章 混合粒径风沙跃移运动83-99 5.1 混合粒径风沙耦合跃移运动模型84-89
5.1.1 沙粒的运动方程84-85
5.1.2 风场的发展方程85
5.1.3 粒/床碰撞过程85-89 5.2 风沙祸合过程89-90 5.3 计算过程90-93 5.4 数值算例93-94 5.5 混合粒径风沙流的结构特征94-97 5.6 本章小结97-99第六章 结论99-101参考文献101-110在学期间的研究成果110-111致谢111
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