《高立式機械沙障氣流場的數值模擬》是依託北京師範大學，由吳曉旭擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高立式機械沙障氣流場的數值模擬
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：吳曉旭
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高立式機械沙障是防沙工程中廣泛使用的機械措施，目前針對不同結構參數對沙障周圍流場的影響研究，多是單一的野外觀測、風洞實驗或者數值模擬，多種方法的相互驗證研究鮮見報導。本項研究以高立式機械沙障形態特徵的實地測量為依據，野外觀測和風洞模擬不同孔隙度、不同行數、行間距沙障前後氣流強度分布，並進行沙障來流區和泄流區防風效益的理論分析。在野外觀測結果對風洞模擬進行較驗的基礎上，利用Fluent對沙障周圍的流場進行數值模擬，闡明沙障各結構參數與沙障防護距離的關係，在此基礎上確定最佳孔隙度、行數、行間距、帶數和帶間距；重點研究沙障數值模型的設計以及數值模擬域邊界層條件的設定。本項研究可以為高立式沙障的設計提供更為完善的理論基礎。
結題摘要
該課題順利完成計畫研究工作，分別開展以下幾方面工作：1 、利用風洞實驗開展了高立式機械沙障流場和防風效益的研究；2、利用風洞實驗開展了沙蒿和沙柳植物沙障周圍流場與防護效益研究；3、利用Gambit軟體和Fluent流體模擬軟體，開展了高立式機械沙障流場數值模擬的模型設計、邊界層確定、流場模擬計算和沙障結構參數確定的研究；4、受項目資助共完成第一作者論文4篇，已發表第一作者學術期刊論文3篇（其中第一作者SCI論文2篇）；5、項目資助培養博士後1名，博士生3名，均已順利畢業和出站。 課題在以下幾個方面取得了主要研究進展：1、利用風洞實驗對高立式機械沙障的研究發現：單行沙障上部區域流場變化很小，沙障模型下部區域，流場被劃分為4個能量區；0.35孔隙度的沙障在下風向防護效益總是最好，因此我們建議在風沙工程中最佳孔隙度為0.3-0.4。0.35孔隙度的雙行沙障防護效益比較表明6 H 是最佳行距，雙行和三行沙障的防護效益明顯優於單行沙障，因此對於多行沙障我們建議的最佳行距為5-7H。2、利用風洞實驗對沙蒿和沙柳沙障的速度流場和防護效益比較發現：對於單株沙蒿，自由風速越大，植株兩側的風速增大就越強；由於植株形狀差異，單株沙柳的風速梯度變化比沙蒿的小。氣流經過沙蒿沙障時，沿程會形成減—增—減—增—減—增—減7個新能區；氣流經過沙柳沙障時，近地面流場可以劃分為：障前氣流減速區、沙障上方氣流加速區、障後渦流區以及障後氣流恢復區。灌木沙障的防護效益受到風速和沙障結構參數的影響，也受到植物生長特徵的影響。考慮到沙蒿和沙柳生長特徵和植物沙障防護效益的差異，在防沙體系中將兩種植物沙障一起配置是最佳方案。3、利用數值模擬對高立式機械沙障的氣流場進行模擬，數值模型和模擬域設計與風洞實驗一致，研究發現數值模擬可以很好地模擬沙障，也可以彌補風洞實驗缺少風向觀測的不足。氣流場經過沙障模型時被劃分為6個能量區（儘管不是每個沙障都存在這6個能量區）。基於流場分析，沙障孔隙度不超過0.35。同樣，也利用數值模擬比較了行數和行間距對機械沙障防護效益的影響，最優參數與風洞實驗結果一致，而且與前人關於孔隙度、行距和行間距的研究一致。
