【摘要】：風(fēng)沙流是氣流攜帶各種不同粒徑的沙粒,使沙粒發(fā)生不同距離和形式位移的一種現(xiàn)象。在風(fēng)沙作用過程中所形成的地貌,稱風(fēng)成地貌。形成這種地貌的原因是地面表層松散堆積物被氣流風(fēng)蝕、搬運(yùn)和沉積而造成的。在沙漠地區(qū),風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)與沙貌形成是一種最普遍的沙面運(yùn)動(dòng)形式,它的變化過程和氣流場(chǎng)的流動(dòng)特征及沙床面表層的組成形態(tài)關(guān)系密切。因此,沙紋是沙漠地區(qū)最基本也是最普遍的風(fēng)沙地貌形態(tài)。雖然沙紋的幾何圖案是有規(guī)則的,一般主要表現(xiàn)為迎風(fēng)面緩、背風(fēng)面陡,但由于自然環(huán)境的變化,其形態(tài)又決不是整齊的。氣流與沙粒之間的相互影響使得沙紋的形狀和風(fēng)沙地貌非常復(fù)雜和多樣。以往,許多學(xué)者通過野外觀測(cè)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)做了大量的研究,使風(fēng)沙物理學(xué)領(lǐng)域得到了進(jìn)一步發(fā)展。近年來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,數(shù)值模擬方法逐漸成為了風(fēng)沙機(jī)理研究的重要手段。數(shù)值模擬方法將野外和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論分析結(jié)果作為模擬的基礎(chǔ),建立了沙粒的運(yùn)動(dòng)方程。通過計(jì)算機(jī)對(duì)方程進(jìn)行求解,將得到的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,給研究工作帶來了極大的便利。本文為了研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)所引起的沙漠化問題,詳細(xì)研究了在氣流作用下產(chǎn)生的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的基本理論,并建立了風(fēng)沙流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型。首先從流體力學(xué)的基本理論出發(fā),詳細(xì)闡述了氣流場(chǎng)的本構(gòu)方程,并將不可壓縮氣流場(chǎng)N-S方程離散成二維差分格式,為后續(xù)的數(shù)值模擬研究奠定了理論基礎(chǔ)。然后從動(dòng)力學(xué)角度出發(fā),分析了沙粒的幾種主要運(yùn)動(dòng)形式,包括跳躍、蠕移、懸浮及崩潰條件,并基于此進(jìn)一步深入地分析了沙流場(chǎng)及其本構(gòu)方程式的建立過程。最后,通過C程序語言實(shí)現(xiàn)了不同雷諾數(shù)下的空泡流模型及復(fù)雜氣流場(chǎng)模型的流體流動(dòng)狀態(tài)的數(shù)值計(jì)算平臺(tái),并將這兩種模型與沙流場(chǎng)模型耦合,實(shí)現(xiàn)了不同雷諾數(shù)下的風(fēng)成沙貌過程的數(shù)值模擬。為了驗(yàn)證模擬結(jié)果的正確性,同時(shí)也為了能夠客觀的解釋風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的機(jī)理,本研究搭建了室內(nèi)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和野外風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過實(shí)驗(yàn)研究,掌握了一些風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P931.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊玉峰;;我國(guó)土地荒漠化和沙化整體得到初步遏制[J];國(guó)土綠化;2011年01期

本文編號(hào)：2786717