风沙流的双流体模型参数及输沙量分布特征研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michael_zhang_x
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风沙运动是土壤风蚀和沙尘暴产生的重要原因,因此研究风沙运动的机理是制定合理有效的防沙治沙工程的基础。风沙流是典型的气固两相流,许多学者利用数值方法研究风沙运动,但却忽略了其中各种参数的相互影响。因此本文借助Fluent软件,对影响风沙流运动的诸多参数进行探讨,并基于这些参数来讨论影响风沙流垂直分布特征的因素。首先,介绍双流体模型中的基本控制方程。在建立方程的过程中共出现7个参数,通过这些参数的定义确定其取值,最后得到其中四个参数的取值,并对动力粘度μs, kin、动量交换系数β、碰撞恢复系数ess三个参数进行进一步的讨论。其次,利用数值方法研究动力粘度μs, kin,动量交换系数β和碰撞恢复系数ess对风沙运动的影响。结果显示动力粘度μs.kin影响沙床面起沙率,动量交换系数β影响输沙率沿流程的变化,碰撞恢复系数ess影响输沙量的垂向分布。利用以上研究所得到的参数,模拟风沙流运动,并与已有的诸多实验和数值模拟结果对比表明,结果吻合较好,说明该参数的选取可以有效地模拟风沙流运动。最后,通过已经确定的参数,对风沙流垂直分布特征进行研究。结果显示,垂直方向网格精度影响计算所得结果,精度足够高时,便可以观察到输沙量的分层结构;在单一粒径组成下,粒径相同时,随着摩阻风速的增加,输沙量所呈现的分层结构越明显,饱和层所在高度也越高;而同一摩阻风速下,随着粒径增加,饱和层高度逐渐降低;在大风速下,运动大颗粒会对小颗粒的运动产生影响,直接表现在输沙量沿高度的分布出现明显的分层结构,并且饱和层高度是单一粒径下的数倍。
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