PIV技术及其在风沙边界层研究中的应用

为了考察粒子图像测速度技术在风沙环境风洞中的测量精度及在风沙边界层研究中的应用潜力,通过筛选适当的示踪颗粒,借助PIV测量系统重新测量了风沙环境风洞中的风廓线,并获得了风沙边界层内跃移沙粒的速度和浓度分布规律。实验结果表明:PIV测得的风速廓线与标准风速廓线仪所测结果相当吻合(R2≥0.99);沙粒跃移的平均水平速度和相对浓度(灰度)沿距离沙面高度分别呈幂函数和负指数分布,沙粒速度随高度和自由风速的增加而增大,相对浓度随高度的增加而快速衰减,风速越小衰减越快,风速越大衰减越慢,这一结果与前人的结论一致。PIV系统为将来能够进行更加精确的风沙运动微观机理研究提供了技术保证。

高速轿车二维风沙流边界层数学模型

基于普朗特的边界层思想,以不可简化成稀相的风沙流体为研究对象,以风沙流的一般方程为基础,在基本假设的条件下,建立了高速轿车车身顶部过流表面的边界层微分方程并给出沙流在近壁表面以滑移为特征的边界条件。又考虑到固体颗粒对边界层的扰动作用,引入了扰动因子。通过对边界层厚度的积分并利用相关条件,得到了边界层动量积分方程。

高速轿车二维风沙流边界层方程的解

对于高速轿车风沙流边界层动量积分,在确定的边界条件的控制下,采用四次多项式结构来近似边界层内的速度分布,获得含有固相对边界层扰动因素的形状因子。通过对动量积分的相关变换和对因子函数的讨论及其对曲线的分析,在引用了边界层厚度系数的条件下,得到风沙流边界层方程的解的表达式并给出其边界层计算的有限次逼近算法。通过对边界层方程的解的分析,确定了解的存在性和唯一性。

中国西北干旱区沙尘暴源地风沙大气边界层特征

应用西北干旱区沙尘暴源地甘肃省民勤县1971—2008年共1811个大风／沙尘暴个例的逐日08：00和20：00高空资料、降水、日最高气温以及沙尘暴实时资料，详细探讨了不同月份和季节干湿变化、沙尘暴强度、沙尘暴出现时间和持续时间的大气边界层垂直结构变化特征。结果表明：（1）沙尘暴发生时4—5月最大混合层较厚，在2500m以上；而强沙尘暴发生时6—7月较厚，7月最厚为2530m。3～8月沙尘暴发生时最大混合层厚度低于大风发生时的200~400m；4—5月下午沙尘暴发生时最大混合层较深厚，在2700In左右。沙尘暴持续时间与最大混合层厚度成反比。（2）沙尘暴发生时扰动和锋面逆温频次多而强，扰动逆温明显较强，达2．5℃／100m，锋面逆温高度在700~1000m，扰动逆温高度在150~400m之间；而大风发生时辐射和锋面辐射逆温频次多而强，强沙尘暴发生时锋面逆温明显较强，这说明沙尘暴多由风场的剧烈扰动和锋面过境引起。（3）白天800hPa以上有干气层存在，夜间干暖和逆湿现象显著。近地层越干冷、西北风越强，强沙尘暴持续时间越长。

古尔班通古特沙漠瞬间最大风速的时空分布特征

利用古尔班通古特沙漠地区以及周围20个气象站45年（1961年～2005年）历史资料，结合古尔班通古特沙漠3个野外风沙监测站近5年（2001年～2005年）的5层梯度风（0．5m、2．0m、4．0m、6．0m、10．0m）野外监测资料，对古尔班通古特沙漠瞬间最大风速时空分布与活化沙丘治理对策进行分析。在此基础上，选取活化沙丘顶部为床面，分析了古尔班通古特沙漠活化沙丘顶部边界层内10分钟平均最大风速与瞬问最大风速空间相关性，发现风沙边界层内任意两层的瞬间最大风速相关显著，相关系数在0．9654—0．9922之间，且随高度增加相关系数呈现增加，而影响这一变化特征的主要因素是下垫面状况。本文通过大量分析，建立了活化沙丘顶部风沙边界层内1分钟平均风速的预测模式，其公式为u=（Z／Z1）^0.1026，为今后古尔班通古特沙漠活化沙丘的治理提供科学依据。

空气动力学粗糙度的物理与实践意义

空气动力学粗糙度是风沙边界层的一个重要参数。文章回顾了空气动力学粗糙度概念的由来;用流体力学的量纲分析法和数学方法,从两个不同的角度推导了空气动力学粗糙度;阐述了空气动力学粗糙度的物理与实践意义;简明介绍了空气动力学粗糙度的分类和各种不同下垫面空气动力学粗糙度的主要研究成果,就目前研究中存在的问题、研究趋势等方面做了探讨。