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基于原位风沙流观测的广冲击角的溅射函数构建

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中国沙漠 2024年第5期44卷 254-260页

作者：蒋缠文董治宝罗万银钱广强张正偲逯军峰王晓艳渭南师范学院环境与生命科学学院/陕西省河流湿地生态与环境重点实验室陕西渭南714000 陕西师范大学地理科学与旅游学院陕西西安710119 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000

风沙流中沙粒与床面的相互作用机理是风沙物理学研究的关键问题。由于沙粒运动的复杂性,数值模拟的研究结果通常与实际情况存在较大差异,因此,以实验手段得到的击溅函数对于理解粒-床碰撞的物理过程具有重要意义。基于饱和风沙流内气流... 详细信息

风沙流中沙粒与床面的相互作用机理是风沙物理学研究的关键问题。由于沙粒运动的复杂性,数值模拟的研究结果通常与实际情况存在较大差异,因此,以实验手段得到的击溅函数对于理解粒-床碰撞的物理过程具有重要意义。基于饱和风沙流内气流对碰撞过程的影响可以忽略不计的共识,学者们通过大量的无风碰撞实验进行击溅函数研究。然而,由于测量技术的限制,典型冲击角度(10°)下的粒-床碰撞过程的实测数据很少。鉴于数值模拟和无风碰撞实验都表明击溅函数对冲击角度较为敏感,基于高速摄影技术在风洞内获得了松散沙床表面大量冲击角在10°左右的粒-床碰撞过程,并结合前人沙粒离心发射器(冲击角20°~50°)的实验结果,构建了涵盖广泛冲击角度的溅射函数,这些函数能够适用于前人不同实验条件的风洞实验结果,这对未来的风沙物理学研究具有重要意义。

关键词：击溅函数跃移运动风洞实验粒-床碰撞过程高速摄影技术

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3维粒-床击溅过程研究

兰州大学学报（自然科学版） 2013年第6期49卷 861-868,872页

作者：张瑞朱伟郑晓静兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000

采用离散元方法模拟了3维粒-床击溅过程,分析了平均溅起沙粒数和平均溅起速度随冲击速度、冲击角度、冲击沙粒与床面沙粒的粒径比的变化,给出了3维单一粒径击溅函数形式,同时给出了3维击溅过程的侧向信息包括反弹和溅起的平均侧向速度... 详细信息

采用离散元方法模拟了3维粒-床击溅过程,分析了平均溅起沙粒数和平均溅起速度随冲击速度、冲击角度、冲击沙粒与床面沙粒的粒径比的变化,给出了3维单一粒径击溅函数形式,同时给出了3维击溅过程的侧向信息包括反弹和溅起的平均侧向速度和平均侧向角度的统计结果.

关键词：粒-床碰撞击溅函数侧向信息离散元方法

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《西安交通大学学报》2009年43卷分类索引

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西安交通大学学报 2009年第12期 125-128+135-140页

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非平坦床面粒—床击溅过程数值模拟研究

非平坦床面粒—床击溅过程数值模拟研究

作者：殷欣兰州大学

学位级别：硕士

针对风沙方面相关学者所关心的单一粒径平坦床面的击溅函数是否适用于带有一定坡度的复杂床面的问题,本文采用DEM和软球模型相结合的方法对风沙流中混合沙粒与非平坦床面的碰撞开展直接的数值模拟研究。首先用随机方法生成了接近自然分... 详细信息

针对风沙方面相关学者所关心的单一粒径平坦床面的击溅函数是否适用于带有一定坡度的复杂床面的问题,本文采用DEM和软球模型相结合的方法对风沙流中混合沙粒与非平坦床面的碰撞开展直接的数值模拟研究。首先用随机方法生成了接近自然分布规律沙床面的粒径分布,进而利用自然沉降法生成稳定的沙床面,在此基础之上研究了入射沙粒与复杂床面碰撞的反弹和溅射特征,并与平坦床面进行比较。并且,进一步研究了粒-床碰撞过程中沙床坡度、入射粒径尺度、入射角大小和入射速度大小对粒-床碰撞起跳特征的影响,分别给出了不同床面坡度、粒径尺度、入射角度、入射速度条件下的入射和起跳物理量之间的关系。最后,对不同坡度下的入射变量和起跳物理量之间的关系进行了详细的分析,总结了床面坡度对粒-床碰撞的影响,给出了不同坡度下,同时包括入射角度和入射速度的粒-床碰撞规律,及同时包括入射速度和粒径尺度的粒-床碰撞规律。主要工作如下:1.针对不清楚现有的平面粒-床击溅函数是否能够直接应用到复杂坡面的问题,比较了平面和坡面的粒-床碰撞过程。模拟结果指出,平面击溅函数不能直接应用到坡面的研究中去,两者是有一定差异的,因此,研究复杂床面的粒-床碰撞过程对风沙流的研究有重要意义,为下一步研究复杂床面上入射变量与起跳特征的相关性做了充分的铺垫。2.考虑了沙粒与不同坡面发生碰撞射颗粒时,受入射速度、入射角度等入射条件的影响,得到(0°,5°,10°,12.5°,15°)五个沙坡面的击溅函数,以及溅射速度和溅射角度的分布规律。3.考虑了不同坡度下,入射沙粒的粒径尺度对混合粒径粒-坡面碰撞过程的影响,分析了入射沙粒的粒径对起跳沙粒特征的影响程度,给出同时包含粒径参数在内的起跳相关量随入射物理量的关系。

关键词：风沙运动混合粒径坡面粒-床碰撞 DEM方法击溅函数

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三维粒—床碰撞过程数值模拟研究

三维粒—床碰撞过程数值模拟研究

作者：张瑞兰州大学

学位级别：硕士

本论文采用DEM和软球模型相结合的方法对风沙流中三维粒-床碰撞过程开展研究。首先针对研究者所关心的二维粒-床碰撞实验及理论模拟所造成的误差问题,将三维结果与二维结果进行对比,详细的给出了两者在定性和定量上的差异。而后,给出了... 详细信息

本论文采用DEM和软球模型相结合的方法对风沙流中三维粒-床碰撞过程开展研究。首先针对研究者所关心的二维粒-床碰撞实验及理论模拟所造成的误差问题,将三维结果与二维结果进行对比,详细的给出了两者在定性和定量上的差异。而后,给出了三维单一粒径情况下的粒-床碰撞过程的起跳特征,并重点给出了反弹和溅起沙粒的侧向速度和角度,最后,深入到三维混合粒径情况下的粒-床碰撞过程,重点关注了侧向冲击对粒-床碰撞过程的影响,给出了击溅函数及相关起跳特征。主要工作如下：1.针对不清楚现有粒-床碰撞的实验和模拟中多采用的简化的二维模型结果与真实情况的误差问题,比较了三维和二维的粒-床碰撞过程,在定性和定量上给出了两者的差异。研究发现,三维模拟的结果与真实情况更为接近,将粒-床碰撞过程简化成二维圆盘碰撞的理论存在问题,在三维空间内分析沙粒的击溅过程对风沙流的研究有重要意义,为下一步开展三维粒-床碰撞过程研究做了充分的铺垫。2.考虑了床面粒径、冲击速度、冲击角度、冲击粒径等因素对三维单一粒径粒-床碰撞过程的影响,得山了三维单一粒径情况下的击溅函数,以及溅起速度的分布形式,并进一步讨论了反弹和溅起沙粒的侧向速度和角度的变化,给出了溅起侧向速度的分布形式,比较全面的给出了三维单一粒径粒-床碰撞过程的侧向信息。3.在三维单一粒径粒-床碰撞过程研究的基础上,采用更接近自然沙的粒径分布形式,研究了三维混合粒径粒-床碰撞过程。得到了三维混合粒径情况下的击溅函数,并研究了侧向冲击以及冲击速度、角度、粒径、旋转因素对反弹溅起沙粒的侧向速度和侧向角度的影响。发现平均反弹和溅起侧向角度随侧向冲击角度的增大而增大,溅起侧向速度在侧向冲击情况下不再符合高斯分布,而是偏峰分布。

关键词：粒-床碰撞混合粒径击溅函数侧向速度侧向角度 DEM方法

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具有沙波纹地形下风沙跃移运动的数值模拟

具有沙波纹地形下风沙跃移运动的数值模拟