粗糙元几何参数对地表风场阻风效果的数值模拟研究

论文摘要

我国西北地区有着广阔的戈壁,砾石资源丰富,可以利用砾石覆盖沙质地表的方法降低近地表风速的携沙能力,从而对环境保护起到重要作用。目前,关于砾石的对沙质地表的防风阻风效果的研究主要集中在野外观测实验和风洞实验,使用数值模拟手段的比较少。本文以砾石为研究背景,将其简化为规则几何体粗糙元,应用ANSYS Fluent软件中的RSM模型,研究长方体粗糙元和半球体粗糙元各自的几何参数对地表风场的阻风效果,并将这两种模型的阻风效果的优劣进行对比,确定最佳的几何参数,为实际应用提供参考。本文的研究主要内容如下:1.本文回顾了国内外学者关于砾石阻风效果、零平面位移d和动力学粗糙度Z0的研究发展情况;然后详细介绍了模拟粗糙元湍流流场的控制方程及其封闭求解的方法。2.将本文的模拟结果的风速廓线与以前学者的实验结果和DNS模拟结果进行对比,发现吻合度较好,说明本文数值模拟方法的正确性。3.将长方体粗糙元的高度h、高度间距比jj作为几何参数,研究它在不同的均匀入口风速Ub的条件下,分析了流场内粗糙元的压差阻力?tp、粗糙元顶面的壁面阻力?tb、流场下垫面的壁面阻力?ts、零平面位移d以及动力学粗糙度Z0随几何参数变化和入口风速变化时的各自的变化情况;并且以动力学粗糙度Z0为判断粗糙元阻风效果的参数,确定阻风效果最好时的几何参数。4.在长方体粗糙元的研究理论基础之上,进一步模拟研究半球体粗糙元模型的流场特性,并将其结果与长方体的进行分析比较,最后定性的分析半球体粗糙元的阻风效果。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邓喜

导师: 武建军

关键词: 几何参数,阻风效果,阻力分析,空气动力学粗糙度

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 兰州大学

基金: 国家重点研发计划项目:“中国北方半干旱荒漠区沙漠化防治关键技术与示范”课题“北方半干旱荒漠区沙化土地形成的物理-生物机制”(2016YFC0500901)

分类号: P425.6

总页数: 49

文件大小: 3255K

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