風沙系統中沙粒帶電機理及電荷輸運規律

《風沙系統中沙粒帶電機理及電荷輸運規律》是依託蘭州大學，由謝莉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：風沙系統中沙粒帶電機理及電荷輸運規律
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：謝莉
• 項目類別：面上項目

項目摘要

風沙運動規律不僅為荒漠化防治規劃也為外太空的順利探索提供有效科學依據，沙粒帶電及風沙電場改變沙粒運動控制方程而影響風沙運動，其中沙粒帶電機理及電荷輸運規律是準確認識風沙電規律的基礎。對風沙電研究因缺乏沙粒帶電機理至今除了取得風沙流上層小沙粒帶負電、大沙粒帶正電定性結論外，遠沒有達到定量上一致的程度。本項目擬通過實驗測量、理論分析及數值模擬相結合的方案，首先逐一開展模擬實驗對現有風沙帶電推測進行佐證，發現風沙流中沙粒帶電機理；然後開展風洞實驗與野外實驗，測量不同風速、沙粒粒徑、環境溫濕度以及沙土含水率等條件下風沙流中沙粒帶電量尤其是單顆沙粒帶電量及風沙電場，獲得影響沙粒帶電的主要因素；在此基礎上提出沙粒帶電模型，將此模型套用在風沙流模擬中，計算風沙流中沙粒帶電量、電荷輸運規律、風沙電場、風沙流發展及風沙流結構，確定風沙電對風沙運動及風沙流的影響規律，並預測其他星球如火星塵暴電場。

結題摘要

顆粒物質帶電是一種廣泛存在的自然現象，不僅地球上的沙塵，月球、火星等地外星球上的沙/塵顆粒均會因為某種原因而帶電。顆粒物質之間以及與外界環境之間的電荷輸運規律及其帶電機理，是電場作用下的風沙運動規律的研究、及其相關的荒漠化防治規劃，乃至於外太空探索著陸器、探索機器人靜電防護設計的重要依據和基礎。對風沙電研究因缺乏沙粒帶電機理至今除了取得風沙流上層小沙粒帶負電、大沙粒帶正電定性結論外，遠沒有達到定量上一致的程度。本項目首先搭建了顆粒系統包括沙粒系統顆粒接觸帶電量實驗研究平台；然後開展了人工材料顆粒和沙粒帶電量實驗研究；建立了風沙運動中沙粒碰撞帶電量和流體起跳帶電量的數學模型及其計算公式；開展了風沙電場的風洞測量以及數值模擬，以及風沙電場強度與環境因素的關聯關係研究；通過上述研究獲得影響沙粒帶電量的主要關聯環境因素和物理參數，揭示出了沙粒主要帶電方式和帶電機理以及風沙電電荷、電場輸運規律。