风沙流中蠕移粒子群动量分布特征的风洞实验研究

研究了风沙流中蠕移粒子运动过程,揭示了蠕移的新成因和蠕移粒子群动量分布的规律。利用改进的数字高速摄影技术同步记录了风沙两相流中蠕移粒子群的轨迹和粒径。约80%的蠕移粒子是由跃移粒子入射后动量衰减转化而来,是蠕移的主要成因。入射-反弹过程中的滚动粒子群、入射-滚动粒子群、跳跃滚动的粒子群、气力或冲击起动的滚动粒子群的动量分别集中于中值动量分别为0.5 mg ms-1,0.8 mg ms-1,3.7 mg ms-1,2.1 mg ms-1,标准偏差分别为2.43,2.15,2.34,0.95等正态分布模块。粒子群速度-粒度的反相关关系使得气力或冲击起动的蠕移粒子群的平均动量低于由跃移动量衰减转化的蠕移粒子群。由于复杂的粒度分布和速度分布的组合,导致蠕移粒子群动量分布符合多模块的正态分布模式。

沙粒蠕移运动速度测量及其统计分析

对大气边界层风洞中沙粒蠕移运动进行了高速光学测量并获取了数字图像序列。经过非负图像减法、自动阈值法及双向粒子追踪算法的依次运算,提取了足量的有效蠕移运动轨迹。从轨迹信息中获取了蠕移速度并进行统计分析,结果表明了以起动方式划分的两种蠕移运动的比重特性及其随摩阻风速的变化规律:流体起动蠕移代表整个蠕移运动的稳定变化部分,而碰撞起动蠕移代表动态变化部分;随着摩阻风速增大,前者比重减小,后者比重增大;在摩阻风速超过临界值之后,蠕移运动的主导形式从流体起动转化为碰撞起动。

渝东平行岭谷区土壤的蠕移灾害及防治措施

渝东平行岭谷区土壤的蠕移，主要发生在侏罗系下中统自流井组（Ｊ１－２ｚ）地层中，在水体和重力作用下，风化岩层和上覆土层沿斜坡缓慢向下蠕移，对农地、民房及水利设施等产生严重破坏。分析测定表明研究区的粘性岩土被为低膨胀性粘性土，粘粒矿物以高岭石为主，蒙脱石为次，化学成分以ＳｉＯ２胶粒含量最高。最后提出建筑物的地基处理和湿度指标控制、农田基本建设及采用区域环境绿化增强土壤排水能力等方面的防治措施。

蠕移沙粒流体起动风速的实验研究

设计制作了能够有效避免沙槽下风端沙粒塌陷的蠕移沙粒集沙仪,并分析了该集沙仪中集沙槽的高度和厚度对单宽蠕移输沙率实验测量结果的影响,给出了集沙槽的合理高度和厚度;利用该集沙仪在风洞中测量了不同风速下的单宽蠕移输沙率,外推给出了沙粒的流体起动风速。

沙粒蠕移运动轨迹的光学测量及分析

采用高速数字摄影记录了大气边界层风洞中的沙粒蠕移运动.通过非负减法、自动阈值法以及双向粒子追踪法的组合,从图像序列中提取了蠕移运动数字轨迹,并由此计算得到用于蠕移轨迹类型划分的蠕移运动初速分布.对两种蠕移轨迹的速度增长率及历时进行了统计分析,结果表明:风曳力起动蠕移颗粒运动速度保持性较好,随着摩阻风速增大,其运动骤停性及骤停之前的加速性增强;而碰撞起动蠕移轨迹的速度增长率的分布稳定,基本不受摩阻风速变化的影响,且其主要范围为[0,1],表明碰撞起动蠕移颗粒更易于在运动过程产生速度衰减.两种轨迹的历时均为高斯分布,随着摩阻风速增大,床面运动随机性增强,轨迹历时趋于减小.

基于野外观测的风沙流跃移和蠕移运动规律研究

利用H11-sensit风蚀传感器、风速仪、微梯度集沙仪,于2014.7~2014.8在塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区进行了风沙流跃移和蠕移运动连续观测试验,分析了该区域典型天气和不同风速下跃移、蠕移运动的规律。结果表明:(1)85mm高度范围内,随风速的增加,跃移量/蠕移量之比呈负幂数函数下降,最终趋于稳定,当风速在8.5m·s^(-1)左右时,跃移量/蠕移量之比约为8~10;(2)风速达到6.9m·s^(-1)时,总跃移量最大值为1952.01g;风速达到7.6m·s^(-1)时,总蠕移量最大值为211.79g。(3)总跃移量和总蠕移量的比值随风速的增加呈指数递减,典型天气过程中不同风速下的总跃移量和总蠕移量比值约为8~24。

川渝东部侏罗系中下统残积膨胀土的虫需移灾害及防治对策研究

本文采用电镜、Ｘ射线和常规滴定法，对川渝东部侏罗系中下统的粘性岩土进行了粘粒矿物组成、化学成分及胀缩率的测定。并确定为低膨胀性粘性土，为防治蠕移变形、减轻其危害提供了科学和理论依据。

WEPS模型下天津郊区风蚀尘对城区空气质量的影响

为了模拟天津市郊区地表风蚀起尘对城区空气质量影响,以美国风蚀预报系统(WEPS)为基础,并对其进行二次开发,本地化风文件、其他气象要素文件、土壤文件以及管理文件.循环计算每个起尘地块不同季节的蠕移质+跃移质平均损失量、悬移质平均损失量及PM10平均损失量.结果表明,2009年冬季,单位地块的起尘量与总起尘量均大于其他季节;冬季,指向中心城区蠕移+跃移量、悬浮量及PM10各区总起尘量较其他季节大.春季,总起尘量来自东方向最大;夏季,来自西方向最大;秋季,来自西方向最大;冬季,来自北方向最大.一年中,来自北方向的PM10最多,达9.67×104t,而冬季占81.7%.可见,位于城区北面的郊区尤其在冬季对城区空气质量的影响最大.

沙粒起动风速研究

在风沙流实验中，发展了设陷井捕集蠕移沙粒的方法来测量各种来流条件下的蠕移沙量，再外推得到流体起动风速．试验表明粗糙度不同的沙平面的流体起动风速相同．文中还给出实验段轴线风速与野外来流摩阻速度之间的对应关系．

基于SWEEP模型济南市典型日农用地起尘量估算

基于一次事件的风蚀评估模型(SWEEP)定量模拟2013年典型日济南郊区地表开放源(日最大风速大于8 m/s)风蚀起尘情况,包括总起尘量、蠕移与跃移量、悬移量、PM10起尘量。结果表明,济南农用地单位地块的起尘量存在着明显的时空差异,济南郊区全年风蚀多发生于风沙季。农用地单位地块的土壤起尘量最大位于长清区,其中单位地块总起尘量、蠕移与跃移量、悬移量和PM10起尘量分别为7.96、0.85、7.11和0.29 kg/m2。郊区各区县农用地土壤总起尘量最大为章丘市,其中起尘总量、蠕移与跃移量、悬移量和PM10量分别为798.52、88.30、710.32和29.26 t。

基于WEPS模型的天津郊区土壤风蚀起尘及对中心城区迁移量估算

为了预测地表风蚀起尘,针对我国当前地表风蚀预测模型欠缺,相关开发滞后问题,借鉴美国风蚀预报系统(WEPS),研究典型地区地表风蚀预测模型的结构、参数体系以及各参数体系之间的关系,结合卫星遥感技术和实验数据,建立适合天津市的地表风蚀尘预测模型参数体系,开发适合天津市的地表风蚀尘预测模型系统.将天津市域划分为11 080个分辨率为1×1 km2的地块,并从中筛选7 778个起尘地块;本地化各地块参数,包括地块经纬度、高程、方向等;本地化各地块数据库文件,包括风文件、气象文件、土壤文件及管理文件;编制weps.run文件.以Microsoft Visualstudio 2008为平台,利用C++语言完成WEPS的二次开发,循环计算7 778块起尘地块的起尘量,包括蠕移质+跃移质平均损失量、悬移质平均损失量及PM10平均损失量.2009年,天津郊区各区县总(蠕移质+跃移质)损失量为2.54×106t,其中指向中心城区的为5.61×105t;总悬移质损失量为1.25×107t,其中指向中心城区的为2.89×106t;总PM10损失量为9.04×105t,其中指向中心城区的为2.03×105t.

风成沙波纹的离散粒子追踪法模拟

基于所提出的离散粒子追踪法对风成沙波纹的发展过程实现了计算机模拟.与现有模拟沙波纹的方法不同的是,该方法同时考虑了与真实沙波纹形成相关的3个主要因素,即不同粒径的众多沙粒在沙床上方所形成的风沙流、风沙流中沙粒对沙床的碰撞以及碰撞后沙粒的反弹或溅起、沙粒在床面上方的跃移和在床面的蠕移.由该方法能够成功模拟出与真实沙波纹基本一致的形成过程、几何形状和特征、分层迭片结构和移动速度以及沙波纹出现和消失的临界摩阻风速.

湍流风场中三维风成沙波纹形成过程的大涡模拟研究

采用大涡模拟方法和小球运动方程及内置边界条件等方法,进行了三维湍流风沙跃移运动和三维沙波纹演化过程的数值模拟.最终得到的沙波纹迎风坡平缓,背风坡陡峭,这与自然形成的沙波纹的形态是一致的,并且实现了三维沙波纹的自我修复过程,这从另一个方面说明了数值模拟方法和所采用的跃移、蠕移模型等是合理的,可以再现沙波纹演化过程中的典型特征.最后,分析了沙波纹对三维湍流风场的影响,发现沙波纹地形的出现和发展使得湍流风场在法向有着更强烈的能量交换,并且沙波纹与地表涡量有着强烈的对应关系,有助于了解起沙的物理机理.

风成沙波纹的数值模拟及稳定性分析

本文基于颗粒的质量守恒原理,考虑了沙粒的跃移、溅移和蠕移运动,建立了风成沙波纹的非线性积分微分演化方程,并进而通过尺度变换得到了近似的微分方程。数值求解该微分方程,得到了与野外观测相一致的沙波纹斑图,同时再现了沙波纹生成、合并的非线性行为,为进一步风成地貌形成演化的理论分析提供了一种可行的数学物理方法。

风成沙波纹数学模型综述

风成沙波纹是风力作用下地表形成的最基本的地貌类型。近年来,随着计算机技术的迅猛发展,风成沙波纹数值模拟研究越来越引起重视。本文简要介绍了风成沙波纹数学建模的理论基础,并将已有的风成沙波纹数学模型划分为3类,着重介绍了几个经典的风成沙波纹数学模型,详细列举了这些模型的假设条件和数学表达,分析了他们的优缺点。目前,风成沙波纹数学建模的两个基本理论依据为:一个是地表坡度变化导致的蠕移沙通量的变化;另一个是跃移长度随沙床面高度变化的规律,但目前关于此理论的研究并不多。最后,总结和展望了这一领域的研究方向和前景。