正弦陣風作用下的三維風沙流數值模擬.pdf

1、陣風是大氣邊界層湍流風場的一種重要表現形式，研究陣風作用下風沙運動規(guī)律對于了解野外風沙輸運過程是至關重要的。鑒于以往數值研究大多沒有針對陣風作用下風沙流的展向輸運特征展開分析，本文以三維可壓縮大渦模擬為基礎，研究了不同振幅和頻率的正弦陣風作用下三維風沙流的發(fā)展過程及運動規(guī)律。沙粒運動模擬采用拉格朗日粒子追蹤方法，同時考慮了粒-床碰撞過程以及顆粒與流場的耦合效應。本論文所研究內容如下：
　　首先設定在平均風速為6.46m/s、振幅為

2、1m/s，計算出在此條件下風場變化周期分別為4.0s、6.0s、10.0s時的輸沙率，并與Butterfield在同條件下的風洞實驗數據對比驗證后表明，風洞環(huán)境下的實驗測量結果與數值模擬結果吻合良好，建立的ARPS大渦模擬模型能夠較好用于非穩(wěn)態(tài)來流作用下的風沙運動過程的研究；
　　然后在給定平均風速，給定振幅的條件下，分別模擬幾組不同周期條件下的風沙輸運結果。結果顯示，周期大于1s的正弦風場下的輸沙率基本呈現出周期性的變化規(guī)律；通

3、過分析周期對輸沙率及風場與輸沙率之間的相位差等宏觀統計量的影響，發(fā)現在正弦陣風作用下，平均輸沙率隨周期的增大而減小，同時輸沙率與陣風波形的相位差比率隨周期增大而減小，而相位差的值幾乎保持穩(wěn)定，約等于穩(wěn)態(tài)風場條件下的風沙流發(fā)育時間（≈1.00s），表明風沙流的發(fā)展時間在陣風情況下幾乎不受影響。而導致這種情況產生的原因是因為風沙流由發(fā)展到平穩(wěn)存在一個發(fā)展時間（≈1.00s），對于正弦周期風場亦存在該影響。
　　最后還模擬了取相同平均風