《風力作用下沙粒起動隨機特徵的實驗研究》是依託北京大學，由李振山擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：風力作用下沙粒起動隨機特徵的實驗研究
- 項目負責人：李振山
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
風力作用下沙粒的起動規律是風沙科學的基本研究內容之一。床面沙粒暴露度的隨機分布和近床面氣流剪下應力的隨機特性導致沙粒的起動具有很強的隨機特徵。目前國內外對此都沒有進行過深入的研究，而且基本上缺失相關的實驗數據。本項目以風洞實驗為主，輔以數值實驗和理論分析，對床面沙粒的暴露度分布規律，近床剪應力分布規律及其對沙粒起動機率的影響進行較為細緻地研究，提出沙粒起動的隨機模型及套用上的判別標準，以期完善風沙起動的研究理論，促進風沙科學的發展。
結題摘要
近地面氣流的隨機性對沙粒輸移和風沙地貌的形成都具有重要的影響。開展沙粒起動的隨機性研究具有重要意義。本項目以風洞試驗和理論分析為主要手段，通過搭建高精度的測量系統，對床面上充分暴露顆粒的起動（振動、滾動）非均勻特徵及機制開展了細緻的研究，主要取得了三個方面的成果。 （1）建立了基於雷射距離感測器的顆粒起動與風速同步測量系統，實現了對顆粒位移的高精度測量，據此獲得了床面顆粒振動的機率分布特徵以及顆粒由振動向滾動轉化的臨界條件。粗顆粒振動可分為單峰和多峰兩種基本類型，其中單峰振動占總數的75.4%，但其比例隨來流風速的增加而減小。多峰振動具有較長的振動時間和較大的振幅。顆粒的水平和垂向振幅及振動時間服從對數常態分配，振動間隔時間服從負指數分布。振動角度超過臨界值0.41π時，振動轉變為滾動。 （2）將氣流進行分解，建立了基於氣流能流事件的粗顆粒起動模型。在接近起動風速的條件下，將能夠對顆粒做功的氣流片段定義為能流事件，結合顆粒動力學給出了能流事件的理論定義。建立了基於能流事件的粗顆粒起動模型和起動能量標準，該標準能夠較好地將振動和滾動分開。引起滾動的能流事件的能量傳遞係數在0.0048−0.0096之間，而導致振動的能流事件的能量傳遞係數一般低於0.0048。 （3）基於顆粒起動的能量框架，揭示了氣流相干結構與顆粒相互作用的動力學機制。發現顆粒的振動和滾動主要是由氣流清掃事件造成。清掃事件充分起動顆粒需要滿足兩個條件:（i）能夠產生超過床面初始阻力的拖曳力；（ii）能夠給顆粒提供超過某一臨界值的能量。給出了清掃事件臨界能量的具體表達式，並利用實驗資料進行了驗證。 本項目提供了一種新的研究氣流能量向地表傳遞的方法，建立的能量標準可用於估計粗顆粒的振動頻率及起動率，對於深入理解沙粒起動規律有重要價值。
