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新月形沙丘风场的数值模拟

作　者: 江丽娟
导　师: 郑晓静
学　校: 兰州大学
专　业: 工程力学
关键词: 数值模拟新月形沙丘气流加速剪应力分布回流区长度保护区长度侧坡风速绕流加速
分类号: P425.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 125次
引　用: 1次
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内容摘要

沙粒运动,气流和地表形态三者是相互耦合的关系,特别是对沙丘附近流场的研究有利于认识沙粒的侵蚀和沉积,进而探明沙丘形成和移动机制。而目前对新月形沙丘流场的详细分析较少,如迎风坡气流加速过程和影响回流区长度的因素,以及沙丘背风坡的保护区长度等。本文利用通用CFD软件FLUENT数值模拟了二维和三维孤立新月形沙丘附近的流场。第二章侧重于前坡气流加速特征的讨论,如沙丘高度、沙丘迎风坡坡度以及坡前来流风速对摩阻加速因子的影响,并由摩阻加速因子与上述因素的相关性拟合出了摩阻加速因子的公式;第三章分析了背风坡回流区长度和保护区长度与沙丘高度、来流风速之间的关系等;第四章则初步探讨了三维新月形沙丘表面流场结构,主要分析了侧坡风速沿着沙丘高度加速情况,同时也比较了同一高度处侧坡风速与迎风坡风速之间的关系;对沙丘表面的剪应力分布也进行了初步分析讨论。结果表明:对于二维的数值模拟,沙丘高度是影响迎风坡气流加速的主要因素,沙丘高度越高,迎风坡气流加速越大,而来流风速对迎风坡气流加速的影响与沙丘高度比较,是小量可以忽略;回流区长度和保护区与沙丘高度的比值随着高度的增加而增加。对于三维的数值模拟,气流绕沙丘有着明显的加速现象,并且沿着沙丘高度,加速程度呈现大-小-大的变化趋势。剪应力分布相对于二维来说,沿着y方向有着明显不同的分布。在沙丘中下部,侧坡剪应力比同一高度处的迎风坡和边缘线处的剪应力都要大;沿着高度的增加,三处的剪应力值有逐渐相等的趋势;两个丘臂尾部气流存在被加速的现象等。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-17
  1.1 研究意义与目的  9-12
    1.1.1 沙漠化的危害  9-11
    1.1.2 新月形沙丘简介  11-12
  1.2 研究现状  12-15
    1.2.1 迎风坡气流加速研究现状  13-14
    1.2.2 沙丘表面流场研究现状  14-15
    1.2.3 已有研究工作的不足  15
  1.3 本文主要工作  15-17
第二章沙丘迎风坡加速因子的数值模拟  17-26
  2.1 数学模型  17-18
  2.2 结果与分析  18-25
    2.2.1 加速因子  19-21
    2.2.2 摩阻加速因子  21-23
    2.2.3 摩阻加速因子模拟公式  23-25
  2.3 小结  25-26
第三章新月形沙丘表面流场的数值模拟  26-35
  3.1 数学模型  26-27
  3.2 计算结果与分析  27-34
    3.2.1 流场分析  28-29
    3.2.2 地表剪应力分析  29-31
    3.2.3 回流区长度与保护区长度分析  31-34
  3.3 小结  34-35
第四章三维新月形沙丘表面流场的数值模拟  35-42
  4.1 数学模型  35-36
    4.1.1 沙丘模型简介  35-36
    4.1.2 控制方程  36
  4.2 计算结果分析  36-41
    4.2.1 侧坡风速分析  36-39
    4.2.2 沙丘表面剪应力分布分析  39-41
  4.3 小结  41-42
第五章结论  42-44
参考文献  44-49
硕士期间的主要成果  49-50
致谢  50

新月形沙丘风场的数值模拟

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