正弦陣風(fēng)作用下的三維風(fēng)沙流數(shù)值模擬.pdf

1、陣風(fēng)是大氣邊界層湍流風(fēng)場(chǎng)的一種重要表現(xiàn)形式，研究陣風(fēng)作用下風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)于了解野外風(fēng)沙輸運(yùn)過(guò)程是至關(guān)重要的。鑒于以往數(shù)值研究大多沒(méi)有針對(duì)陣風(fēng)作用下風(fēng)沙流的展向輸運(yùn)特征展開(kāi)分析，本文以三維可壓縮大渦模擬為基礎(chǔ)，研究了不同振幅和頻率的正弦陣風(fēng)作用下三維風(fēng)沙流的發(fā)展過(guò)程及運(yùn)動(dòng)規(guī)律。沙粒運(yùn)動(dòng)模擬采用拉格朗日粒子追蹤方法，同時(shí)考慮了粒-床碰撞過(guò)程以及顆粒與流場(chǎng)的耦合效應(yīng)。本論文所研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先設(shè)定在平均風(fēng)速為6.46m/s、振幅為

2、1m/s，計(jì)算出在此條件下風(fēng)場(chǎng)變化周期分別為4.0s、6.0s、10.0s時(shí)的輸沙率，并與Butterfield在同條件下的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證后表明，風(fēng)洞環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)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(lái)流作用下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程的研究；
　　然后在給定平均風(fēng)速，給定振幅的條件下，分別模擬幾組不同周期條件下的風(fēng)沙輸運(yùn)結(jié)果。結(jié)果顯示，周期大于1s的正弦風(fēng)場(chǎng)下的輸沙率基本呈現(xiàn)出周期性的變化規(guī)律；通

3、過(guò)分析周期對(duì)輸沙率及風(fēng)場(chǎng)與輸沙率之間的相位差等宏觀統(tǒng)計(jì)量的影響，發(fā)現(xiàn)在正弦陣風(fēng)作用下，平均輸沙率隨周期的增大而減小，同時(shí)輸沙率與陣風(fēng)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(fēng)場(chǎng)條件下的風(fēng)沙流發(fā)育時(shí)間（≈1.00s），表明風(fēng)沙流的發(fā)展時(shí)間在陣風(fēng)情況下幾乎不受影響。而導(dǎo)致這種情況產(chǎn)生的原因是因?yàn)轱L(fēng)沙流由發(fā)展到平穩(wěn)存在一個(gè)發(fā)展時(shí)間（≈1.00s），對(duì)于正弦周期風(fēng)場(chǎng)亦存在該影響。
　　最后還模擬了取相同平均風(fēng)