两行一带式乔木固沙林带风速流场和防风效果风洞试验

研究在风速为10和15m.s-1的风洞试验条件下,覆盖度为20%和25%的3种两行一带模式固沙林内的水平和垂直方向的风速变化情况,以期对3种模式的风速流场和防风效果进行比较分析。结果表明:3种配置模式在0.31H高度形成了风影区和风速加速区相互组合的复杂流场结构,覆盖度25%的两行一带模式的防风效果高于覆盖度20%的两行一带模式。3种模式在不同高度的风速变化规律相同,可划分为3层:微变化层(1.54H和2H)、显著变化层(0.46H和0.92H)和稳定变化层(0.06～0.12H)3个层次。3种模式降低风速的效果为:D=4H(H为带间距)L=4cm(L为行距)模式大于D=5H,L=0.08m模式和覆盖度20%(D=5H,L=0.04m),后2种模式相同。

低覆盖度下两种行带式固沙林内风速流场和防风效果

研究在风速为10m/s和15m/s的风洞实验条件下,覆盖度为20%和25%的单行一带和两行一带模式乔木固沙林内的水平和垂直空间的风速变化情况,达到对两种不同模式的风速流场和防风效果进行比较分析的目的。通过分析得出:两种配置模式都形成了风影区和风速加速区相互组合的复杂的水平流场结构。两种模式对垂直空间风速影响相近,根据对不同高度风速的不同影响划分为微变化层(20-35 cm)、显著变化层(6-12 cm)和稳定变化层(0.4-3 cm)层次,两种模式在这几个层次风速表现出相同的变化规律。两行一带模式在第一带前降低水平空间风速的效果低于单行一带模式,第一带后高于后者。降低垂直空间风速规律为:对0.4-50 cm高度的风速均有一定的降低作用,0.4-12 cm高度的风速的降低效果较显著,且两行一带模式降低近地表(0.4 cm)风速的效果要高于单行一带模式。

基于风速流场分析的乌兰布和沙漠绿洲防护林防风效果研究

【目的】基于风速流场分析方法对比乌兰布和沙漠绿洲5种典型配置结构防护林的防风效果,通过量化不同林网内的风速流场分布特征,分析各林网内的风速统计参数,进一步优化防护林配置结构,以期为干旱区绿洲防护林建设提供理论依据和参考模板。【方法】在乌兰布和沙漠磴口绿洲防护林中,选取5种不同配置结构林带的防护林林网为研究对象(紧密型乔木林网1,疏透度为0.13;疏密型乔木林网2,疏透度为0.24;疏透型乔灌混交林网3,疏透度为0.27;通风型乔木林网4,疏透度为0.39;疏透型乔木林网5,疏透度为0.27),在林网内采集多点同步风速数据信息,结合地学和统计学分析方法,分析不同林网内的风速流场特征、风速分布统计参数和防风效能等。【结果】研究表明5种防护林林网其防风效能范围各不相同,林网1为65%~95%,林网2为67%~85%,林网3为46%~82%,林网4为44%~67%,林网5为56%~72%。其中2行乔木构成的疏密型林网2防风效能在67%以上,具有较高的防风效益和节约水土资源优势;由2行乔木2行灌木混交林带构成的林网3,当防风效能为60%时,其防护面积是2行纯乔木林带(林网4)的2.47倍,具有较好的防护效益和应用推广前景。【结论】乌兰布和沙漠绿洲中由2行乔木构成的疏密型林网和"窄林带,小网格"配置的乔灌混合林网均发挥了较好的防风效果。

临策铁路戈壁段路堤二维风速流场特征研究

利用HOBO风向风速自动记录仪对临策铁路戈壁段4、8 m和12 m高度的路堤进行野外风速流场观测,结合数值模拟和趋势面分析的方法,研究路堤高度和旷野风速的变化对风速流场的影响以及路堤沙害发生的可能性。研究表明:随着路堤高度和旷野风速的增大,路堤风速流场涡流区和弱风区逐渐向路堤背风侧扩大;路堤迎风坡坡脚、背风坡路肩和背风坡坡脚处流沙堆积可能性较大;8 m高度路堤在路面最易形成沙害,建议戈壁地区铁路路堤高度的选取不宜超过8 m;路堤对风速流场的阻碍作用及路堤沙害发生的可能性与路堤高度呈正相关,与旷野风速呈负相关。研究结果对铁路路基断面设计和高程确定及沙害防治具有一定借鉴意义。

干燥窑结构改进对风速流场均匀性的影响

针对顶风机型木材干燥窑内部风速流场分布不均匀问题,该研究基于发明问题解决算法(Algorithmfor Inventive-Problem Solving,ARIZ)对干燥窑从优化窑体结构、调整锯材间隙、改善导流方式3个方向进行分组改进设计,每组包含4个方案,共得到了12个几何方案模型;采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真对比分析不同模型的风速流场,利用逐项耦合迭代法确定了调整锯材间隙和增设导流板两个改进方向能够解决窑体内部风速流场分布不均匀问题;采用风速流场分布云图、检测点风速差值、平均速度、速度不均匀系数4项评价指标,对84个监测点风速数据进行数值计算和对比分析后迭代出将窑体结构的四角优化为曲面化设计,调整锯材间隙为上宽下窄的非等距形式,并在预留气道中增加3块平面导流板来改善导流方式的综合性改进设计方案为较优方案,该方案的风速差值为-0.058 m/s,更趋近于0,平均速度提升了15.60%,速度不均系数降低了72.70%;结果表明,采用ARIZ对干燥窑结构进行迭代改进设计的方法可有效解决窑体内部风速流场分布不均匀问题。

基于ROS系统的三维风速流场移动测量系统设计

针对空间流场风速的测量要求,提出基于ROS系统的三维风速流场测量系统设计。采用Cortex-A8AM3359微处理器作为主控制器,系统平台采用基于ARM平台的ROS系统,使用热球风速传感器测量空间中的风速并通过RM417采集模块传输数据。基于ROS平台设计了多个应用程序节点,用于实现传感器数据通信和电机驱动通信,通过利用ROS节点间消息传递机制实现三维移动传感器平台的控制和对传感器数据的采集,同时设计了上位机程序对移动平台进行模式的选择控制和数据的存盘,并利用MATLAB程序进行插值拟合产生三维风速流场分布图。经实验测试运行,此系统运行稳定,能准确测量和得到测量空间的风速和流场分布。

临策铁路沙害类型与风速流场分析

本文通过对临策铁路周边地域自然概况、沙害类型及成因和不同路基断面风速流场特征的研究分析,利用HOBO自动风向、风速记录仪对不同路基断面进行观测得知,在高路堤的轨道上易形成积沙;在中路堤边坡上易形成积沙,而在轨道上积沙较弱;在低路堤上,两侧的边坡及距坡脚一定距离处都易形成积沙,而轨道上方不易形成积沙。当风速够大(大于10.8 m/s)的时候半路堑轨道上不易积沙,但当小风速(小于8 m/s)通过路堑时,就易在路肩和轨道上形成沙物质的堆积;在全路堑迎风坡脚处,由于形成涡旋,所以在路肩及轨道上易形成沙物质的堆积。这一结论对临策铁路沙害治理及同类沙害类型路基断面设计提供了理论依据。

毛乌素沙地光伏电站项目区风速流场及风蚀防治措施

针对毛乌素沙地光伏电站项目,观测项目区的风速、风速廓线及风速流场特征,探讨有效的风蚀防治措施及其合理布局。结果表明:(1)太阳能板的存在使项目区风速流场的空间分布发生了明显变化,显著增加了板间近地面出风口处的风速,降低了板间远地面进风口处的风速,太阳能板间呈现出明显的掏蚀区和堆积区。(2)与项目区外围相比,太阳能板使20cm及200cm高度的风速分别降低了44.06%及63.68%。项目区外围及太阳能板正中间风速随高度的增加均呈上升趋势,而且太阳能板间60cm高度以下风速增加更明显,不利于地表沙土的固定。(3)项目区外围麦草方格沙障、砾石压盖及红泥覆盖均起到一定的固沙作用,其中,以砾石压盖措施的固沙效果最优。(4)太阳能板间,除麦草方格沙障外,其余各措施均能起到固沙作用,其中以掏蚀区+砾石/堆积区+红泥覆盖的组合措施的固沙效果最优。

低覆盖度乔木两种分布格局内风速流场和防风效果风洞实验

低覆盖度植被的防风固沙效果一直是防沙治沙工程中的关键问题。在风速为10 m.s-1和15 m.s-1的风洞实验条件下,模拟研究了覆盖度为20%的行带式分布和随机分布的乔木固沙林的风速流场和防风效果。结果表明:①在水平空间上,随机分布和行带式模式都形成了风影区和风速加速区相互组合的复杂水平流场结构,其中,随机分布要比行带式模式的流场结构更加复杂。②在垂直空间上,林冠下近地面(1.2 cm以下)风速都有微弱的增加,1.6～20 cm高度行带式模式内风速均有所减小,而随机分布模式风速变化无明显规律。③随机分布模式中两株植株相互组合时,不仅在植株两侧出现风速加速区,同时在两植株间出现风速加速区,出现"狭管增速效应"。

单一行带式乔木固沙林内风速流场和防风效果风洞实验

文中研究在风速为10m/s和15m/s的风洞实验条件下,覆盖度为20%和25%的两种单行一带模式固沙林内的水平和垂直空间的风速变化情况,达到对两种不同模式的风速流场和防风效果进行比较分析的目的。通过分析可以得出,两种配置模式都形成了风影区和风速加速区相互组合的复杂的水平流场结构。两种模式对垂直空间风速影响相近,根据对不同高度风速的不同影响划分为地表加强层(0.8 cm以下)、微变化层(1.2 cm)、显著变化层(1.6 cm和3 cm)和稳定变化层(6 cm-35 cm)这四个变化层。从距地表1.6 cm高度开始,垂直空间风速变化沿来风方向的风速总体上是逐步减小的趋势,且在林带处会出现一个峰值。总的来讲两种模式降低水平空间和垂直空间风速的效果都相同,但沿林带方向降低水平空间风速的效果有所不同,两种模式降低垂直风速的效果从地表向上都表现出先增加后减少的趋势。

腾格里沙漠光伏阵列对气流场和风沙流的扰动作用

[目的]研究腾格里沙漠光伏(PV)阵列扰动下的近地层气流场与风沙流结构特征,评估光伏阵列的防风固沙效果,为沙漠地区风沙灾害治理和生态环境可持续发展提供理论支撑。[方法]采用梯度风速观测设备,实地观测光伏阵列(电板前沿、电板后沿和阵列间中线)和对照点的风速垂直分布、风速流场和风沙流结构,对比分析电站内外不同位置的气流场与输沙特征。[结果](1)电站内整体风速呈现降低特点,阵列间与电板后沿平均风速随高度上升而增加,电板前沿平均风速随着高度增加呈先降低后增加的趋势。(2)(1)草方格观测断面。电板前沿出风口处的风速明显增加,电板后沿进风口和阵列间中线100 cm以下的风速降低;(2)风蚀坑观测断面。光伏电板150 cm以下的风速降低,阵列间的风速脉动变化明显;(3)砾石观测断面。风速相对变化率与风速流场格局稳定,电板后沿150 cm以上部分风速增加。平均防风效果:砾石>草方格。(3)输沙量表现为:电板前沿>电板后沿>阵列间中线;流动沙丘参照点(上风向)与电板前沿λ(风沙流结构特征值)呈饱和状态,电板后沿和阵列间λ呈非饱和状态。[结论]与流动沙丘相比,光伏阵列扰动了风速流场格局,风速脉动和湍流度发生变化,输沙量明显下降,固沙效益明显。

基于数学期望的风向和风速对农田防护林网防风效能的影响

为研究农田防护林网在全年的时间尺度上对不同方向有害风的综合防护效能,在野外实地观测不同风向(与主林带夹角分别为90.0°,67.5°,45.0°,22.5°和0°)和风速(5.2和7.3m/s)条件下的林网内防风效能,根据各风向有害风发生频率计算数学期望值,利用克里金(Kriging)插值法进行模拟,并用地统计学的方法分析防护林网的空间自相关性.结果表明:防护林对不同风向的风均有较强的防护作用,随着风向与主林带夹角的减小,平均风速呈现出增大的趋势,防风效能分别达到69.5%,66.2%,60.4%,59.8%和50.1%;不同风速条件下防风效能均达到50%以上,低风速和高风速时平均有效防护面积分别为90.1%和44.0%;不同风速条件下林网内空间变异系数分别与指数模型和高斯模型相拟合,林带内风速块金值较低,变程较大,具有强烈的空间自相关性和样本区间的合理性.

前体非对称涡高风速烟雾显示技术

通过在细长旋成体模型机身的不同位置设置出烟孔,使用新型发烟装置对模型注入雾化油滴,采用激光片光法在常规风洞中高风速(60m／s)条件下得到清晰、完整而稳定的截面涡结构图像．并通过同状态标定法和等比例网格法发展了简易涡位定量测量技术,为前体非对称涡Re数效应的研究提供了重要的技术平台．

矿用通风式制动盘的结构流场分析

为了分析通风式制动盘的结构对制动盘内部流场风速的影响,以某型通风式制动盘为例,利用Fluent软件模拟计算不同结构制动盘的流场风速大小,总结了肋板结构与流场风速间的关系,为通风式制动盘的结构设计提供了理论参考。

风滚植物高立式沙障防风效应研究

“风滚”扩散是植物种子传播与个体扩张的重要形式,具有重要生态学意义。草地、沙地均存在大量的风滚植物,冬春季在气流作用下运动并堆停在各种障碍物周围,其中,网围栏拦截形成风滚植物障体较为常见,此类障体对过境风沙也会产生明显的阻挡作用。为探究风滚植物障体的防风效应,本研究模拟了网围栏拦截不同数量的风滚植物,设计了具有密、中、疏3种疏透度的风滚植物高立式沙障(障高H为1 m),通过野外试验研究了防风效能、风沙动力学粗糙度及风速流场特征,并探索了高度、疏透度等沙障工程参数对防风效益的影响,为防沙治沙新方法与新技术应用提供参考。结果表明(:1)风滚植物高立式沙障能够影响周边风场特征,可影响至障后7 H距离、0~90 cm高度范围(;2)密、中、疏3种沙障均能够显著降低过境风速强度,具有较好的防风效能。3种沙障风速最小值均出现在障后3 H距离处,但随着疏透度的减小,沙障防风效能呈现增加的趋势,防风效能最高值出现在密型沙障后10 cm处,可达到50%。(3)密、中、疏3种沙障均能够增加地表粗糙度,3种沙障整体上呈现密型>中型>疏型的趋势,粗糙度最大值出现在密型沙障,可达2.97 cm。风滚植物高立式沙障能有效对过境风速产生影响,具有很好的防风效应,能够为防沙治沙应用提供参考。

低矮建筑风驱雨压分布特性及其机理分析

采用欧拉-欧拉多相流模型,在利用实测数据验证数值方法的基础上,对TTU单体低矮建筑进行在风雨共同作用下的风雨场模拟,对比分析9种风驱雨工况下风速和雨强与低矮建筑迎风墙面最大风驱雨压之间的关系;对群体低矮建筑在不同布局、不同间距的工况下进行风驱雨压数值模拟,分析WDR雨压分布特性及气动干扰效应下群体建筑风驱雨压特性存在差异的主要原因。基于风雨流场对风驱雨压特性的机理分析可知,气流在前后排建筑之间形成漩涡,风驱雨压在等高区域较单体有所减小,两侧明显增加;气流在左右列建筑之间进行交汇,气流挤压造成建筑内侧风驱雨压高于建筑外侧。单、群体低矮建筑的最大WDR荷载可分别达到纯风荷载的13.39%、 30.03%。结果表明:风雨场中的雨相附加荷载不容忽视,在结构设计时应考虑建筑顶部的荷载验算,提高设计强度。此外,群体建筑布局应适当增加安全间距,避免气流阻塞效应造成的不利影响。

低覆盖度沙蒿群丛的水平配置结构与防风固沙效果研究

针对覆盖度小于28%的沙蒿群丛,通过野外测试和风洞模拟实验,研究了行带式、等株行距和随机不均匀等3种水平配置格局的防风固沙效果及其流场特征。结果表明:①行带式配置格局具有非常显著的阻碍和降低风速的作用,流场结构稳定规则;等株行距次之;随机不均匀配置格局内局部有风速抬升现象流场结构复杂多变。②行带式配置格局带间形成“凹月”形稳定沙面并能出现结皮,流沙被完全固定,而随机不均匀分布的沙蒿群丛内有明显的风蚀现象。③行带式配置格局在带的背风侧和迎风侧分别形成4.0m和0.5m的一个风速显著降低区,成为提高防风固沙效果的核心。

不同沙埋程度下带状沙障的防风固沙效果研究

沙障在防护过程中,易发生沙障沙埋现象。为了对比分析不同沙埋程度下沙障的防风固沙效果差异,该文通过风洞模拟和野外试验相结合的方法,研究了沙袋沙障在裸露、浅埋、深埋3种状态下,防护区近地层风流场、输沙通量等风沙运动规律,并以未设置沙障的流沙区作为对照,明确了沙埋过程中沙障的防风固沙效果变化规律。结果表明,沙障在经历裸露至深埋过程中:1)对过境气流的防护距离、防护高度逐渐减小,近地层风速廓线变化趋势与对照相同,并逐渐服从对数函数;2)沙障防护区输沙分布高度显著降低(P<0.01),输沙分布高度由42 cm(裸露)降低至34 cm(浅埋),最终降至28 cm(深埋),而对照的输沙分布高度为24 cm;3)近地层输沙率分布曲线逐渐服从对数函数,0~50 cm高度范围输沙量也呈现递增趋势;4)3种埋设深度野外试验说明,经过两个风季后,裸露、浅埋、深埋的沙袋沙障防护区土壤风蚀呈现降低趋势,风蚀深度分别比对照降低了18.53%、72.97%、80.40%。研究可以为沙障高度优化及应用技术提升提供理论依据。

沙漠公路路基合理填土高度分析

通过对风沙地区多个典型路段的调查，风沙流速是风沙地区道路损害的主要原因。对零路基及0．6，1，1．7，2．5m等不同高度的路基进行填土高度的风沙流风洞试验，根据试验数据并进行统计分析得出：流动沙丘区路基合理高度宜在1．0～2．0m；半固定沙丘区由于沙源比流动沙丘区的少，所以合理路基高度应在0．5～1．0m；固定沙丘区由于植被丰富，沙源少，对公路积沙的危害不大，合理路基高度应在0～0．5m。

黄河乌兰布和沙漠段沿岸不同高度典型沙丘风沙特征

为探究乌兰布和沙漠沿黄段典型沙丘的风速流场与风沙运移特征,以3座不同高度的典型沙丘为研究对象,对沙丘不同部位5个高度的风速流场、风速廓线、风速加速率及输沙量进行了测定。结果表明:(1)风速从沙丘迎风坡脚至背风坡坡脚呈现先增大后减小再增大的"S"型趋势,沙丘顶部风速最大,背风坡中部最小。(2)沙丘各部位风速的垂直变化与高度的对数值呈V=aln(z)+b线性变化规律,风速廓线斜率a由沙丘顶部向迎风坡脚与背风坡脚逐渐增大。不同高度沙丘的摩阻流速与粗糙度变化趋势不一。(3)沙丘发育尺度对沙丘迎风坡风速加速率影响明显,其沙丘发育尺度越大,对气流的反馈作用越强,迎风坡低层20cm风速加速率明显高于高层风速加速率;(4)沙丘不同部位0~100cm的输沙率随高度呈幂函数规律递减,输沙量主要集中在0~10cm内,但不均匀,大部分集中在0~4cm,且在距地高度约4~5cm处是相对输沙量不随高程变化的不变层。