發(fā)布時(shí)間：2020-03-26 23:42

【摘要】：自然界的風(fēng)沙侵蝕涉及到土壤、沙塵以及其它細(xì)小粒子受風(fēng)力作用而引起的離散、運(yùn)輸和再次沉降的過程,它可看作是一類特殊的氣-固二相流問題。風(fēng)沙侵蝕引發(fā)了土壤退化、荒漠化和沙塵暴等嚴(yán)重的環(huán)境問題。防風(fēng)網(wǎng)作為一種開孔墻式結(jié)構(gòu)主要用來降低風(fēng)蝕揚(yáng)塵對(duì)環(huán)境的危害。本文以防風(fēng)網(wǎng)抑制沙粒躍移運(yùn)動(dòng)的微觀過程為考察對(duì)象,分別對(duì)防風(fēng)網(wǎng)周圍的流場特性和躍移沙粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)地實(shí)驗(yàn)觀測(cè),考察了防風(fēng)網(wǎng)對(duì)躍移沙粒的遮護(hù)效果。 首先,本文使用流場可視化測(cè)速(PIV)系統(tǒng),對(duì)防風(fēng)網(wǎng)周圍區(qū)域的流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可視化測(cè)量,測(cè)定了平均風(fēng)速、渦量分布、湍流度、湍動(dòng)能以及雷諾應(yīng)力等參數(shù)的變化分布情況,詳細(xì)闡述了防風(fēng)網(wǎng)對(duì)氣流強(qiáng)度和湍流結(jié)構(gòu)的影響作用。 其次,使用高速相機(jī)拍攝了躍移沙粒穿過防風(fēng)網(wǎng)過程的連續(xù)圖像,并且通過粒子追蹤測(cè)速技術(shù)(PTV)對(duì)沙粒的躍移過程進(jìn)行了量化。其中,進(jìn)一步改進(jìn)了粒子識(shí)別技術(shù),消除了噪音信息對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量算法的影響,實(shí)現(xiàn)了躍移沙粒穿過防風(fēng)網(wǎng)模型時(shí)的瞬態(tài)空間分布以及飛行速度探測(cè)。實(shí)驗(yàn)獲得了躍移沙粒的平均速度、粒子濃度場、傳輸通量、降塵率以及躍移動(dòng)能的分布。通過與無網(wǎng)情況對(duì)比,考察了防風(fēng)網(wǎng)的對(duì)躍移風(fēng)沙流傳輸結(jié)構(gòu)的影響,并且提出了躍移沙粒在防風(fēng)網(wǎng)附近的傳輸率服從指數(shù)衰減規(guī)律。 最后,本文建立了穿過防風(fēng)網(wǎng)的躍移沙粒在背風(fēng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡,獲取了網(wǎng)后粒-床碰撞過程的主要參數(shù),包括沙粒的入射速度、入射角度、動(dòng)量恢復(fù)系數(shù)和能量恢復(fù)系數(shù)。通過對(duì)比分析,論述了防風(fēng)網(wǎng)對(duì)風(fēng)沙躍移運(yùn)動(dòng)的粒-床撞擊過程的影響。研究發(fā)現(xiàn),防風(fēng)網(wǎng)增加了躍移沙粒與沙床表面的撞擊角度,致使沙粒的回彈動(dòng)量減小,大部分躍移動(dòng)能被沙床自身吸收。 研究發(fā)現(xiàn),防風(fēng)網(wǎng)能夠有效地降低風(fēng)沙流的躍移動(dòng)能,增加躍移沙粒在網(wǎng)后粒-床撞擊過程中的能量損耗,從而減小遮護(hù)區(qū)域的風(fēng)沙濃度并且抑制躍移運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步發(fā)展。此外,本研究改進(jìn)了風(fēng)沙躍移實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)精度,完善了沙粒躍移可視化技術(shù)。本文的研究成果為理解防風(fēng)網(wǎng)抑制風(fēng)沙躍移發(fā)展提供了參考數(shù)據(jù),對(duì)防風(fēng)網(wǎng)的抑沙工程具有重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP391.41;X171

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本文編號(hào)：2602127