防风挡沙墙背风侧的流场及沙粒相运动特征

来源 :兰州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:luo311
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中国现有的风沙灾害问题仍然格外严峻,被沙化的土地就有260万平方千米以上,达到我国领土的27%左右,并且这个数字还在持续增加中。防风挡沙墙是目前最常用的防沙手段之一,针对墙体周围流场以及沙粒运动特征的研究就显得至关重要。本文基于ANSYS Fluent软件运用欧拉双流体模型,在平坦沙床加设防风挡沙墙,并针对不同的来流风速及不同沙粒粒径的情况,讨论挡沙墙周围流场的风沙输运规律,为未来的风沙防治工作提供有效的理论依据。本文的主要研究内容有以下几点:(1)以欧拉两相流为计算模型对前人的风洞实验进行数值模拟,并将模拟所得的结果与前人的实验结果进行对比,证明了欧拉两相流模型的可行性。(2)在流场中设置了无挡沙墙、无孔挡沙墙及0.4孔隙率挡沙墙三种模型,分析对比挡沙墙背风侧流场的特征和沙粒的运动特征(即:沙粒速度、沙床堆积率和单宽输沙率),得出了挡沙墙的防风阻沙机理。(3)针对无孔挡沙墙和0.4孔隙率挡沙墙模型,在不同来流风速下,分析对比挡沙墙背风侧流场和沙粒的运动特征,对比得出0.4孔隙率挡沙墙拥有更好的防护效果。(4)在0.4孔隙率挡沙墙的模型下,选取不同的沙粒粒径进行数值模拟,分析对比挡沙墙背风侧流场和沙粒的运动特征,发现在挡沙墙背风侧,粒径较大的沙粒在近沙床表面会产生更大的单宽输沙率,悬移尺度更小而小粒径的沙粒由于惯性较小,跟随性好,悬移尺度更大。(5)针对双层挡沙墙模型中,分析讨论了不同间距挡沙墙模型的有效庇护距离,得出了最优间距为40m。并分析了最优间距下,挡沙墙背风侧的流场和沙粒运动特征,证明本文的挡沙墙模型只能在最大风速25m/s及以下的区域使用。
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