大风区段开孔式挡风墙对正馈线气动特性的影响

兰新高速铁路常年遭受风灾,挡风墙的修建虽有效防止了列车倾覆,但加剧了接触网正馈线的舞动。针对大风区段既有挡风墙“防车不防网”的不足,通过设计一种开孔式挡风墙,基于流体力学理论建立计算域模型,对挡风墙的防风效果进行评估,并仿真分析挡风墙孔隙率及开孔角度对于正馈线气动特性响应的规律。结果表明:挡风墙设置一定孔隙率后,会冲击挡风墙后形成的旋涡流场,使流场趋于平稳;随着孔隙率的增大挡风墙尾流接触网正馈线位置处气流增速区范围大幅减小,且正馈线气动力系数呈明显降低趋势;当挡风墙孔隙率为0.3时,挡风墙背风侧风速残余系数为0.46~0.69,此时正馈线升、阻力系数下降率分别超过41.56%和24.59%;在孔隙率为0.3,且挡风墙设置150°开孔角度时,正馈线气动力系数相较其他角度降幅明显,从而对于正馈线的舞动可以起到进一步的抑制作用。研究成果可为兰新高铁大风区段接触网正馈线舞动防治及挡风墙优化提供一定的理论参考。

内蒙古阴山北麓地区不同品系藜麦防风效果研究

对内蒙古阴山北麓地区不同品系藜麦采用人工栽培的方法,利用HOBO数采仪观测了灌浆期和成熟期藜麦田在不同株距和行距配置下的防风效果。结果表明:①在不同株距下,不同品系藜麦田,防风效能随着背风面的距离增大而减小,防风效能随着株距增大而减小,成熟期防风效能均大于灌浆期,比灌浆期高4.02%,WD-9藜麦防风效能为8.63%~68.83%,比灌浆期高9.28%,W-7藜麦防风效能为2.14%~56.46%,比灌浆期高15.12%。②在不同株距下,地表粗糙度的变化规律与防风效能相同,比灌浆期藜麦田后1H处平均粗糙度高0.65 cm。灌浆期WD-9藜麦粗糙度最大为6.73 cm,W-19藜麦粗糙度最小为2.79 cm,成熟期WD-9藜麦田粗糙度最大为7.50 cm,W-19藜麦田粗糙度最小为3.56 cm。③在不同行距下,不同品系藜麦田,成熟期防风效能均大于灌浆期,均在藜麦田后1H处达到最大,其中WD-9藜麦田后1H处的防风效能为76.44%~69.89%,比灌浆期高10.48%;藜麦田背风面0H~5H,防风效能均随着行距的增大而降低,平均防风效能比灌浆期高5.71%,藜麦田背风面7H~9H,防风效能均随着行距的增大而提高,平均防风效能比灌浆期高2.00%。④在不同株距下,地表粗糙度的变化规律与防风效能相同,在背风面1H处粗糙度最大,其中WD-9藜麦平均粗糙度最大为10.91 cm,比灌浆期增大0.98 cm,W-19藜麦平均粗糙度最小为6.88 cm,比灌浆期减小0.42 cm。藜麦田背风面0H~5H,粗糙度随着行距的增大而降低,比灌浆期高10.48%,藜麦田背风面7H~9H,粗糙度随着行距的增大而提高,比灌浆期高10.48%。不同品系藜麦中WD-9藜麦在不同配置条件下均可以有更好的防风效果。

不同规格芦苇沙障生态保护成效研究

沙障是减缓地表风蚀、保护地表植被的重要措施之一,为筛选适宜呼伦湖流域沙地风沙防治的芦苇沙障设置模式,试验按照行距1、1.5、2 m的带状以及1 m×1 m、1.5 m×1.5 m、2 m×2 m的方格状共设置6种不同规格芦苇沙障,选取防风效能、表层土壤含水量、地表蒸发量、沙障内修复物种生长情况4个指标评估不同规格芦苇沙障生态保护成效。结果显示:方格状芦苇沙障生态保护成效高于带状芦苇沙障,其中方格状芦苇沙障平均防风效能、表层土壤含水量及地表蒸发量由高到低依次为1m×1 m>1.5 m×1.5 m>2 m×2 m;对6种芦苇沙障模式内冰草[Agropyron cristatum(L.)Gaertn.]、披碱草(Elymus dahuricus Turcz.ex Griseb.in Ledeb.)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)的植被生长情况分析显示,冰草在1 m×1 m方格状芦苇沙障生长较好。合理的沙障设置,不仅能够防风固沙,并且可减少土壤水分的流失。

不同配置参数下立式葵花秆沙障防护效果研究

[目的]揭示障高(H)、孔隙度(P)与行距(R)3个沙障参数对立式葵花秆沙障防护效果的影响,为优化立式葵花秆沙障的参数配置及立式沙障防风治沙工程的开展提供理论依据。[方法]基于风速与输沙的野外观测数据,开展不同梯度参数配置下沙障的粗糙度、防风效果、阻沙效果变动特征研究。[结果]①0—50 cm高度内是沙障的主要防风区,相比裸沙丘沙障样地内的粗糙度提高了7.70~214.45倍,各规格沙障的防风效果在11.74%~59.45%范围内,阻沙效果在33.06%~92.23%范围内。②沙障的防风阻沙效果随障高增加而增加,随孔隙度和行距增加而降低,其障高对防风效果的影响大于孔隙度,孔隙度对阻沙效果的影响大于障高。③H(30 cm)-P(40%)-R(2 m),H(30 cm)-P(50%)-R(1 m),H(40 cm)-P(40%)-R(2 m),H(40 cm)-P(50%)-R(2 m)这4种规格沙障的防风效果与阻沙效果达到了35%与75%以上。[结论]立式葵花秆沙障能有效降低风速和输沙量,沙障参数是影响其防护效果的关键,其中影响沙障防风效果和阻沙效果的最主要参数分别是障高和孔隙度。

乌兰布和沙漠流动沙丘纱网沙障防风效能研究

为了选择适宜规格的纱网沙障进行流动沙地治理,在乌兰布和沙漠流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m,6 m×6 m网格或2 m,4 m,6 m带宽的带状纱网沙障,采用美国HOBO全自动风速风向仪测定其风速变化,并分析了地表粗糙度、相对风速和防风效能。结果表明:2 m×2 m网格纱网沙障地表粗糙度随着风速增加而呈现出线性降低的规律;纱网沙障主要是降低近地表30 cm以下高度的风速,并提高近地表粗糙度;随着风速增加,纱网沙障防风效能变化总体呈现出降低的趋势。在流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m网格或2 m,4 m带状纱网沙障可有效降低近地表风速、增加地表粗糙度,总体防风效能较好。

幼龄胶园间种非胶树木效应评价研究

为研究新型的防风减灾栽培措施,减少风害对橡胶种植业的影响,试验设计在风害较大地区的幼龄胶园行间间种不同组合的非胶树木,研究其防护效应。研究表明:橡胶树幼龄胶园间种非胶树木,能有效减轻常风的平均风速和最大风速,对强台风有抵御作用,能有效提高存树率;橡胶幼林间种非胶树木,对橡胶幼树的光合水分生理生态影响较小,间种后的橡胶幼树粗生长和高生长没有受到明显抑制。试验中不同橡胶品种间种不同非胶树木,橡胶幼树的光合水分生理生态因子、粗生长和高生长虽无显著差异,但仍表现有差异,这说明不同橡胶品系受间种的非胶树木的影响不同。

磴口绿洲防护林不同配置模式防风效应的试验

通过对磴口绿洲防护林冬季相不同配置模式的7个典型林网进行防风效应和经济效益测算,得出:乔木防护林防风效能和气流均一性优于小乔木和灌木;在结构良好的乔木林网中,蓄积存量达到30 m3.hm-2即可保证林网具有可靠防风效益;在防风效能、蓄积生产率以及经济投入方面,窄带密集渠道林明显优于占地面积较大的宽带防护林。

人字形光伏阵列防风效果的数值模拟

借鉴“雁阵效应”的思想,设计了人字形光伏阵列.为揭示其防风效果,利用Fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和非定常雷诺平均数值模拟的方法,分析了安装倾角、高度、阵列角度和间距分别为30°,0.20 m,30°和2 m人字形光伏阵列的抗风载能力和防风效果.结果表明:风速为10 m/s和15 m/s时,在首排光伏板均承受最大的风压力,第2—5排风压力显著小于第1排且逐排减小,阵列出现雁阵效应;将监测点|P|以20 Pa的间隔划分为不同风压区,发现可采取局部加固的方法提高光伏阵列整体的抗风载能力.沿垂直方向,来流在阵列后形成近金字塔形的风速衰减区,且风速分布均表现出中等变异性,在离地高度从0.20 m增加到0.70 m的过程中,由于阵列的导流效应,计算域平均风速残余系数逐渐增大,变异系数逐渐减小,使得光伏阵列在计算域的防风效果随着高程的增加而减弱.研究可为戈壁人字形光伏阵列布设和农业发展提供指导.

上海地区露天堆料场内设置挡风墙的效果数值模拟

对露天堆料场内的挡风墙进行数值模拟研究,分析了风速以及挡风墙的几何因子对于挡风效果的影响.

吉林省农安地区农田防护林生态经济效益分析

对吉林省农安地区成熟防护林的农田林网的防风效应、水热效应和经济效益进行了调查研究。结果表明:由4条林带构成的林网,平均降低风速30.4%,最低风速出现在观测区背风面的3 H^10 H处,降低60%。林网内背风面1 H^10 H处和迎风面3~5 H处为增温区,日平均增温0.4~1.0℃。而林网内背风面15 H^35 H处和迎风面6 H处为低温区,日平均增温在0.3~0.5℃。2行林带在有效防风距离以内,相对湿度的提高最低,平均提高6.3个百分点。12行林带次之,平均提高10.1个百分点。6行林带最好,平均提高20.4个百分点。林网内玉米平均产量9 211.9 kg/hm2,比对照区增加14.1%。3~10 H增产幅度为17%~25%,属于增产率最高区。可见,农田防护林具有非常明显的防风效应、水热效应和经济效益,是农田基本建设的重要组成部分。

Wind and sand control by an oasis protective system: a case from the southeastern edge of the Tengger Desert, China

Wind and sand control are important factors in combating desertification and protecting oases.An oasis protective system can provide these benefits,but quantitative research on protection effects has been lacking to date.This research describes an oasis protective system in the southeastern border of the Tengger Desert.The system consists of a sand barrier belt,a shrub and herbaceous plant belt,and a farmland shelter belt.The system was compared to a bare dunes area as the control zone.The study investigated windproof effect,sediment transport,and erosion through field observations.Results showed that the roughness of the shrub and herbaceous plant belt,farmland shelter belt,and sand barrier belt were increased compared with bare dunes.The shrub and herbaceous plant belt provided the highest windproof effect values for the same wind velocity measurement height,and the windproof effect values for different protective belts were as follows:shrub and herbaceous plant belt>farmland shelter belt>sand barrier belt.The sand barrier belt provided effective wind and sand control at heights from 0 to 50 cm above the ground.The total sediment transport for each protective belt is as follows:bare dunes>sand barrier belt>shrub and herbaceous plant belt>farmland shelter belt.The sediment transport decreased exponentially as the height increased.In the bare dunes and protective systems,the sediment transport is mainly within 30 cm of the ground surface.The wind erosion intensity for this protective system was as follows:bare dunes>sand barrier belt>shrub and herbaceous plant belt>farmland shelter belt.This research offers quantitative evidence for how oasis protective systems can effectively intercept sand and prevent erosion in oases.The results of this study can be applied in similar regions.

局部防风措施对大坝施工的防护作用数值模拟研究

在中国西南高山峡谷中,大型水电工程的施工往往会受到大风的干扰。超过7级的大风会影响缆式起重机的运行及作业面施工,无法保证混凝土的连续浇筑,不仅影响施工进度也严重影响施工质量。结合白鹤滩水电站在无防风措施下会受到大风影响的情况,利用三维计算流体力学方法,对增设了局部防风措施的大坝施工全周期风场环境进行数值模拟,得到坝体区域及高、低线供料平台处的风场分布,分析了所增设的局部防风措施的防风效果。研究表明:在增设局部防风措施后,大坝施工区域整体风速有所减小,在大坝施工高程较低时效果较为明显,对施工区域能够提供有效的防护,高程较高时则防护效果减弱。研究成果为工程的安全施工以及下一步防护措施的提出提供了依据。

双排尼龙阻沙网-草方格联合沙障防风效应的风洞实验

为了解双排尼龙阻沙网-草方格联合沙障的防风效应,进行孔隙度为40%、45%、55%的双排尼龙阻沙网-草方格联合沙障风洞实验,研究在6、10、14 m·s^(-1)等3种风速下的风速加速率等值线、防风效能和风速廓线指标。结果表明:(1)在不同风速条件下,双排尼龙阻沙网-草方格联合沙障防风效应随着来流风速增大而明显降低;(2)40%孔隙度双排尼龙阻沙网-草方格联合沙障防风效应较好,而45%孔隙度时防风效应较差,55%孔隙度防风效应最差;(3)双排尼龙阻沙网-草方格联合沙障在防风效应方面存在累加。因此,建议在实际应用中采用40%孔隙度双排尼龙阻沙网-草方格联合沙障,以获得最佳防风效应。

绿洲-荒漠过渡带早春自然植被的物种组成及其防风效应

以新疆准噶尔盆地南缘的绿洲-荒漠过渡带为研究区,研究该区早春自然植被的物种组成与分布,并探讨其防风效应。①过渡带的自然植被以灌木为主,梭梭是优势种。不同样地物种的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数差异都较大。②对自然植被的平均高度、覆盖度、地势起伏度与0.5 m和1.5 m高度的平均风速进行线性相关分析,发现只有地势起伏度与0.5 m和1.5 m高度的平均风速呈极显著正相关关系,且平均风速随植被平均高度和覆盖度的增大有减小的趋势。③以Wasson和Nanninga的第一种建模思路为基本模型,构建了自然植被覆盖度与相对风速的数学模型,发现两者存在负指数函数关系,并预测不同风速下,在0.5 m高度,当有效植被覆盖度达到23.16%时,自然植被的防风效能为60%;而在1.5 m高度,当有效植被覆盖度达到36.33%时,自然植被的防风效能为50%。

单排光伏板防风固沙功能的风洞模拟研究

为了阐明光伏板的防风固沙功能,在风沙环境风洞内模拟研究与主风向呈2种角度(β=45°、β=90°)的单排光伏板在4种不同风速条件(5m/s,8m/s,12m/s,16m/s)下的风速流场和防风效能,并采用在光伏板底部覆沙的方法研究其风蚀积量的变化过程和固沙功能。结果表明:1)两种角度的单排光伏板对来流风速均具有分流减速作用,当风经过光伏板时,在板上部区域形成气流加速区,下部有狭管效应,板面上方0~2H区域内有风影区产生,其它区域均对风速产生阻滞减速作用。2)各观测位点风速廓线表明,β=90°光伏板风速廓线分布较分散,曲线倾斜度大,β=45°光伏板风速廓线分布紧密,曲线倾斜度小,平均风速降低趋势β=45°相比β=90°光伏板更平缓,波动小。3)随水平距离的增加,β=45°光伏板防风效能变化呈倒“V”型单峰曲线变化,变化平缓,而β=90°光伏板防风效能呈倒“W”型双峰曲线变化,波动剧烈。4)两种光伏板在不同部位风蚀积特征有差异,在光伏板前部均有积沙,β=90°呈单峰态,而β=45°呈双峰曲线变化;在光伏板中部,均有掏蚀作用发生,而在光伏板后部,β=45°随水平距离的增加呈风蚀积交替变化,而β=90°以风蚀为主。光伏板中部区域是防沙治沙的重点区域。

尼龙网方格沙障防风效应复变规律

方格沙障的布设参数直接影响防风效应的复变作用,定量表达其复变规律,对于沙障配置模式的确定具有重要意义。在乌兰布和沙漠机械整平的风沙观测场,铺设9种不同高度、规格的尼龙网方格沙障,观测其在不同风速背景下的风速流场特征,揭示方格沙障防风效应的复变规律。结果表明:尼龙网方格沙障防风效应复合变化受不同指示风速下,沙障高度与规格共同的影响。沙障内部0.1 m高度的风速随防护宽度的增加呈对数函数递减,指示风速增大1 m·s^-1,风速衰减率增加0.07倍;沙障高度增大0.1 m,风速衰减率增加0.20倍;方格边长增大1 m,风速衰减率减小0.07倍。观测的9种规格方格沙障,30 cm高度1 m×1 m规格沙障复变作用最强,15 cm高度2 m×2 m规格沙障复变作用最弱。该结果可为确定沙障合理防护宽度、节约沙障铺设成本、优化沙障布设技术提供基础数据和理论支撑。