二维横向沙丘二次流场风洞模拟实验
文献类型：学位论文
| 作者 | 钱广强 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-04-13 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 董治宝 |
| 关键词 | 横向沙丘 二次流 粒子图像测速 风洞模拟 |
| 其他题名 | Wind Tunnel Simulation of the Secondary Airflow over Two-Dimensional Transverse Dunes |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 沙丘动力系统中存在气流－地形－沙粒运移三者之间的复杂反馈。受沙丘形态影响而形成的二次流在沙丘形态动力过程中扮演着重要角色。然而，由于二次流结构的复杂性和传统边界层气流测量设备的限制，对二次流的研究更多的还是停留在定性描述层面上。最近二十年来测量技术的发展使得采用现代测量仪器对沙丘周围的流场进行精确测量成为可能。本研究的目的就是采用粒子图像测速（PIV）系统，通过风洞实验，测量不同形态的横向沙丘对二次流结构的影响，探讨二次流在沙粒运移和沙丘形态塑造方面的意义。根据实验结果，本研究得到以下主要结论： （1）在横向沙丘的迎风坡，流线发生辐聚，气流水平速度发生不同程度的加速，加速率介于1.28～1.89之间；迎风坡坡度对气流加速率起着决定性作用，沙丘迎风坡坡度越大，对气流的加速作用就越强；在沙丘之上0.2h高度处，气流的加速作用最强；距离沙丘表面越高，加速作用越弱，说明沙丘对气流的影响仅限于近地表；迎风坡上的风速廓线已经不再遵循对数－线性规律，因而不宜采用风速廓线预报输沙量。 （2）在横向沙丘的背风侧，气流自沙丘顶部发生分离，并在沙丘背风侧形成了分离涡；分离气流的重附距离随迎风坡坡度而有所不同，介于4.8h～10.8h之间；气流重附距离、反向涡的高度和面积在迎风坡坡度为15o时达到最大值；自由风速对沙丘背风侧的气流重附距离、反向涡的高度和面积影响不大。 （3）横向沙丘对气流垂直速度也有很大影响。在沙丘迎风坡，随着沙丘迎风坡坡度的增大，气流垂直速度的最大值逐渐增大；在沙丘背风侧，气流最大沉速出现在重附点附近。气流垂直速度变化会改变沙粒跃移过程，因此对沙粒运移有着潜在影响。 （4）受沙丘背风侧二次流模式的影响，沙丘背风侧沙粒的起动规律发生了改变。沙丘背风坡坡脚位置沙粒的发生起动的自由风速最大，向下风向逐渐减小。在临界风速时，背风侧的沙粒运动可以分为反向运动区、晃动或摆动区、向前运动区。 （5）受沙丘形态的影响，气流的湍流特性也发生了很大变化，这种变化在沙丘背风侧表现的尤为明显。雷诺应力和湍动能的最大值均出现在气流重附点以后，距沙丘表面不同高度处的变化规律也不尽一致。 （6）由于沙丘背风侧的二次流较为复杂，因此在总结和借鉴前人工作的基础上，根据风速廓线的拐点，本研究把沙丘背风侧的二次流模式分为5个区，即：①外流区；②溢流区；③包含两个亚区的尾流区，两个亚区分别是上部尾流区和下部尾流区；④内边界层；⑤反向涡。 （7）本研究结果表明，PIV系统可用于风沙地貌实验研究，这对深入认识沙丘形成演化的动力机制具有重要意义。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 110 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21548]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 钱广强. 二维横向沙丘二次流场风洞模拟实验[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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