基于SPH的风沙流结构动力学特性研究

论文摘要

人们对自然环境的破坏使得土地荒漠化不断加剧,土地荒漠化引发的风沙灾害对人们的日常生产生活造成了严重危害,如何有效地治理沙害成为人类亟待解决的问题。风沙流结构是指风沙通量在空间中的分布,其作为描述风沙运动规律的一个重要内容,可以为科学制定防沙治沙措施提供关键理论指导,因而研究风沙流结构具有重要意义。风沙流作为一种包括气体相和沙粒相两种物质在内的两相流,气体裹挟沙粒输移,为运动提供能量,同时沙粒对气流具有反作用,改变原有的气流场,两者相互作用,构成了风沙流这一物理运动。本文使用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics:SPH)方法将风沙流的气体相和沙粒相均离散为SPH粒子,建立了风沙相互耦合的运动模型,模拟了风沙运动过程。风沙两相的受力机制是对风沙运动模拟的基础,文中在分析了风沙两相在运动过程的受力情况后建立了其运动方程,建立了两相间的耦合关系,并使用SPH方法对其离散化。针对风沙流中的不同物质使用不同的光滑长度,使沙粒对风的反馈作用纳入到计算过程中,同时考虑到沙粒之间的相互碰撞,建立了沙粒间的碰撞模型。讨论了在使用SPH方法对风沙流进行建模时,诸如光滑长度、时间步长、边界条件等一些关键参数的选取,实现了模型程序的运行。模拟了单一粒径沙粒、对数来流条件下,平坦沙床面上沙粒从起跳到风沙运动达到平衡的过程,统计分析了跃移沙粒的起跳速度分布,分析了起跳速度分布与输沙量沿高度分布之间的关系。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵杰

导师: 金阿芳

关键词: 风沙两相流,方法,沙粒受力模型,沙粒起跳速度分布,风沙流结构

来源: 新疆大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用

单位: 新疆大学

分类号: X171.4;P425.61

总页数: 71

文件大小: 7001K

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