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横向沙丘气流平均速度变化规律的风洞模拟 总被引：10，自引：8，他引：2
在沙丘动力系统中,存在沙丘形态、气流、沙粒运移三者之间复杂的相互作用。通过风洞实验的方法,针对不同形态的6组横向沙丘模型,采用粒子图像测速系统,测量了模型沙丘周围气流水平速度和垂直速度的变化规律。实验结果表明,横向沙丘迎风坡水平气流存在1.28～1.89之间的加速率,垂直气流存在上扬趋势,这二者均有随沙丘迎风坡坡度增大而增大的趋势。在横向沙丘背风坡,由于气流的分离,水平气流速度减小并出现反向,其大小约为自由风速的17％;垂直气流速度存在下沉趋势,其最大沉速出现在气流重附点附近;背风坡气流速度的变化受沙丘迎风坡坡度影响较小,受自由风速的影响较大。沙丘对气流速度的改变在近地层较为显著,随着高度的增加地形影响逐渐减小。 相似文献
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风向对半固定沙垄表面风速影响——以古尔班通古特沙漠为例 总被引：1，自引：0，他引：1
利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风速进行实地观测,获取了主要风季不同风向条件下沙垄表面7个典型部位距离地表20 cm、40 cm、60 cm、100 cm和200 cm 5个高度的风速系列数据,系统研究风向对半固定沙垄表面坡面风速及风速廓线的影响。结果表明,迎风坡的气流加速和背风坡的风速降低现象在实际观测中得到证实,但受风向的影响甚大。垄顶风速放大率随入射角的增大呈指数关系递增,而背风坡风速占垄顶风速的比率则随入射角的增大呈线性关系递减。大角度入射气流速度变化主要受控于沙垄形态,小角度入射气流速度变化主要受控于地表植被状况。无论气流以何种角度入射,距沙垄表面20 cm高度气流的加速均较其他高度缓和。沙垄底部和坡中下部的风速廓线变化趋势基本一致,且呈较好的对数拟合关系;两坡中上部和垄顶部的对数拟合方程相关系数偏小;受回旋涡流的影响,风速廓线在背风坡上部有明显偏折,初步断定涡流中心在距地表40 cm左右的高度。 相似文献
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采用FLUENT软件对沙丘迎风坡风速加速过程进行计算,研究沙丘高度、来流风速、迎风坡角度和曲率对迎风坡加速因子的影响,结果显示,来流风速和沙丘高度对加速因子的影响不明显,迎风坡曲率和迎风坡角度对加速因子有明显的影响,并给出加速因子随曲率和迎风坡角度变化的拟合公式。 相似文献
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反向沙丘形态-动力学过程是风沙地貌的重要研究内容。选择腾格里沙漠东南缘推平沙地发育的反向沙丘为研究对象,采用二维超声风速仪对沙丘表面5个位置0.25 m和0.5 m高度的气流进行野外观测。结果表明：（1）气流方向影响近地层气流特征。以沙丘脊线垂线为轴,0.25 m高度处沙丘脊线的垂线两侧风向变化不完全对称。当丘顶气流方向与脊线垂线角度差值为负时,迎风坡底部风速恢复较慢。（2）背风坡气流特征受风向控制。背风坡0.25 m与0.5 m高度气流变化规律相似,在背风坡中部发生偏转,但沙丘顶部气流方向与脊线垂线相差<10°时发生反向偏转。丘顶风向为285°—315°（左偏）时,0.25 m高度的偏转角度大于0.5 m高度的偏转角度。背风坡0.25 m与0.5 m高度处风速表现为脊线垂线两侧风速变化不一致。（3）沙丘表面气流影响沙丘形态。观测期间沙丘脊线发生明显移动,移动值为0.33 m。背风坡发生堆积,最大堆积厚度为0.44 m,迎风坡发生风蚀,最大风蚀深度为0.43 m。该研究结果证实了风在风沙地貌演化中的重要作用,为反向沙丘形态演化数值模拟提供数据支持。 相似文献
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横向沙丘背风侧气流重附风洞模拟 总被引：7，自引：6，他引：1
二次流在沙丘形成和形态维持过程中扮演着重要角色。沙丘迎风坡气流加速和背风侧气流分离是最常见的二次流形式。沙丘背风侧的二次流,尤其是气流分离形成的分离涡和气流重附对沙丘背风坡的塑造、沙丘间距和排列模式都具有重要的控制作用。因此,设计了一系列具有不同迎风坡坡度的横向沙丘模型,采用粒子图像测速技术,通过风洞实验模拟了沙丘背风侧的气流分离和重新附着。实验结果表明,当来流风速垂直于沙丘脊线时,沙丘背风侧的气流重附距离介于4\^8 H~10\^8 H之间(H为沙丘高度),最大重附距离出现在迎风坡坡度为15°的沙丘背风侧;沙丘迎风坡坡度是控制背风侧气流重附距离的主要因素,而自由风速对气流重附距离的控制作用较小。根据实验结果,还讨论了气流分离与重附对沙粒运移和沙丘形态维持的沉积学意义。 相似文献
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新月形沙丘表面100cm高度内风沙流输沙量垂直分布函数分段拟合 总被引：8，自引：0，他引：8
为研究新月形沙丘表面不同层位风沙流输沙量的垂直分布函数,实测了塔克拉玛干沙漠腹地典型新月形沙丘表面100 cm高度内(以1 cm分隔)的输沙量。分段拟合分析表明:新月形沙丘迎风坡脚输沙量垂直分布规律不完全服从指数函数,出现与戈壁风沙流结构特征相似的"象鼻效应",在0~3 cm区间内输沙量逐渐增大,3cm以上输沙量随高度呈指数函数衰减;沙丘顶部0~10 cm区间输沙量随高度呈指数函数衰减,10 cm以上呈二次函数衰减;沙丘左翼端输沙量随高度呈幂函数分布,沙丘右翼端0~20 cm内以指数函数衰减,20 cm以上呈三次函数衰减;沙丘背风坡脚风沙流输沙量在0~60 cm和60 cm以上分别呈不同形式的三次函数分布。 相似文献
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新月形沙丘迎风坡气流加速模拟 总被引：5，自引：8，他引：5
迎风坡气流加速是决定新月形沙丘发育和形态的动力因子，研究这一加速过程的定量关系有利于认识沙丘的发育、沙丘的形态、沙丘的运动等。通过大量的野外实测数据和前人的理论分析，得出沙丘迎风坡气流加速量主要和沙丘坡度、迎风坡前来流风速以及沙丘高度有关，并建立了新月形沙丘迎风坡气流加速和沙丘形态特征的定量关系。根据这一关系得了在风力较强的风沙环境中，沙丘坡度较小；在风力较弱的风沙环境中，沙丘坡度较陡。地表粗糙度越大，迎风坡坡度越陡。沙丘地貌发育高度存在一上限，这一上限与边界层厚度有关。 相似文献
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地形对包兰铁路沙坡头段防护体系的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
选择沙坡头铁路防护体系典型断面,利用野外风场观测与风洞模拟,讨论地形在道路防沙体系中的作用。结果表明,防护体系前沿栅栏沙丘下风向10倍沙丘高度的水平范围内,地表摩阻风速通常小于临界值;风速递减系数随防护距离的增大而增大,地形倾斜和起伏对贴地层风力减弱的贡献占防护体系风速削弱程度的43%。自流沙区至铁路路基,潜在输沙率迅速波动降低,其中地形变化使得防护体系内潜在输沙率降低50%以上。这表明,地形是沙坡头铁路防护体系发挥卓越功能的重要因素,栅栏沙丘已成为防护体系的重要构成部分。 相似文献
10.
通过测定科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物的运移量,分析了沙丘类型和生境变化对凋落物运移的影响,并探讨了是否可以通过凋落物运移量的变化来判断营养物质的迁移。结果表明:科尔沁沙地沙丘凋落物的运移过程主要发生在非生长季,呈明显的单峰型季节波动。凋落物运移量在不同沙丘的丘间地、迎风坡、丘顶和背风坡均表现出明显的空间差异性,丘顶的凋落物运移量最大,迎风坡次之,丘间地和背风坡相对较小。凋落物运移量有随距地表高度增加而下降的趋势,距地表高度为0~25 cm时,凋落物运移量最大,显著高于25~50、50~75、75~100 cm 3个高度区间。凋落物运移量与风速在流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘均呈显著的二次曲线正相关,显示风速是影响凋落物运移量动态变化的重要因素。 相似文献
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通过野外调查及风场观测,研究了在主导风向为NW-SE时,榆靖高速公路K404处上风向植被防护体系的地面流场变化特征。结果表明:（1）风速和地形存在较好的相关性。在流动沙丘和固定沙丘迎风坡,风速放大率均为正,背风坡为负,背风坡没有产生回流,风速整体减小。风速放大率计算结果表明,愈接近地面风速的变化程度越大,风速放大率绝对值与垂直高度呈指数函数关系,风速放大率的大小与沙丘类型无关。（2）接近公路的贴地面风速显著下降,现有植被防护体系能够缓解流沙危害,植被的防风效果较好。（3）流动、半固定、固定沙丘的迎风坡地表风速廓线基本符合对数律,丘顶和背风坡风速廓线偏离对数曲线,固定沙丘粗糙度高于流动沙丘。 相似文献
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库布齐沙漠北缘不同作物秸秆平铺式沙障的防风效能 总被引：8，自引：0，他引：8
本研究以七星湖沙漠风景区沙丘上的芦苇秸秆、向日葵秸秆和玉米秸秆平铺式沙障为研究对象,通过测定各沙障障格内以及裸沙丘近地表不同高度处的风速,对比研究了各沙障的防风效益。结果表明,①3种沙障在10 cm高度处均具有明显的防风效能,且随着高度的增加,防风效能减小,从10 cm到100 cm高度,3种沙障的防风效能平均降幅达63%。②在沙丘迎风坡,芦苇秸秆沙障的防风效能和地表粗糙度分别是向日葵秸秆沙障的1.36倍和2.34倍,是玉米秸秆沙障的1.76倍和1.88倍;在沙丘坡顶和背风坡,玉米秸秆沙障的防风效能及地表粗糙度均显著高于另外两者（P<0.01）。③3种沙障的风速廓线均呈现出一种类似于“S”型的变化特征,而作为对照的裸沙丘风速廓线则服从典型指数函数分布。 相似文献
13.
半隐蔽式草方格沙障凹曲面形成的流场解析及沉积表征 总被引：9，自引：0，他引：9
利用野外风沙观测、沉积物粒度分析和等比例实体草方格风洞流场模拟,解析了草方格沙障内部凹曲面形成的风沙流场过程。草方格分别作为疏透沙障和地表粗糙元对贴地层和近地层风沙流具有不同的影响：床面蚀、积分布和方格中心凹曲面的形成发展,以及沉积物粒度变化,取决于草带之间的贴地层流场分布格局以及草带对风沙流中固体物质的截留;近地层风力普遍受到草方格粗糙元的削弱,促进了沙面稳定。高风速下输沙率垂向分布的“象鼻”结构,体现了草方格对促使风沙流结构变异、形成和维持草方格凹曲面的重要性。沙丘不同部位草方格沉积物粒度分布模式不同,显示沙丘部位也是影响草方格内部流场的一个因素,以迎风坡中部最有利于方格内凹曲面的形成。 相似文献
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柽柳灌丛沙堆三维流场随背景植被变化的风洞实验 总被引：2，自引：1，他引：1
以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带广泛分布的柽柳灌丛沙堆及丘间地植物为原型,依据风沙运动相似理论,制作5组背景植被盖度灌丛沙堆模型,在风洞中进行风流场变化规律模拟实验。结果表明:柽柳沙堆三维流场结构可划分为6个区域,即沙堆前减速区、沙堆迎风坡加速区、沙堆两侧急流区、沙堆背风侧强涡流区、沙堆后尾流恢复区和沙堆上空混合加速区。灌丛沙堆对流场结构影响范围为沙堆前10H到沙堆后14H区段,旁侧影响宽度不超过沙堆宽度的3/4,垂直方向上主要影响灌丛沙堆总高度相对应的下方区域,最大不超过灌丛沙堆总高度的2倍。风速变化不构成对流场结构的影响,但背景植被变化对流场结构影响明显。随着植被盖度增大,沙堆前减速区和沙堆后尾流恢复区范围扩大,两侧急流区和背风侧涡流区范围缩小。背景植被的出现明显降低了其所在高度层的风速,柽柳沙堆各分区地表加速率均随背景植被盖度呈指数规律下降,当植被盖度在16%时加速率变化趋于平缓。从维护绿洲安全的角度出发,根据风沙动力学原理可将16%视为灌丛沙堆科学保育中可能的临界背景植被覆盖值。 相似文献
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Samples of dune sands, surveys of the morphology and field measurements of wind velocity and direction of a simple linear dune in Taklimakan Sand Sea show that the airflow and sand flux vary with the change of wind direction on the dune surface. Decrease of the airflow stress on the lee flank does not result in much decrease of the sand flux because of the low threshold shear velocities and the airflow conditions. There are no significant relations between the sand flux on the lee flank and the angle of incidence of the airflow. The low threshold shear velocities and the maintenance of the sand flux at the lee flank are the main mechanisms keeping the linear shape of the dunes. Measurements of the sand flux shows that it reaches a maximum on the crest of the dune. The grain size of the transported sands has some differences compared to that of the dune surface. The sands transported are finer than that on the dune surface, but better sorted under the influence of the medium to low wind activity. The field experiment results exhibit that it is possible for the dunes to be shaped as linear dunes during the processes of accumulation and elongation. 相似文献
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库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面风沙流结构变异 总被引：5，自引：0，他引：5
对库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面气流和输沙率的野外观测和分析结果表明,沙丘表面约90%的风沙输移集中在距沙面0.10 m高度范围内,输沙率随高度递减的形式在沙丘各部位因风速、下垫面状况和坡面形态不同而发生变异。沙丘迎风坡坡脚因出露坚硬、含砾石地表,颗粒跃移高度大,风沙流上层相对输沙率大;迎风坡沙粒沿坡向上运动,颗粒跃移高度减小,风沙流中近地表相对输沙率大;沙丘背风坡沙粒沿坡向下运动,加之来自丘顶变型跃移物质的影响,风沙流上层相对输沙率较大;脊线受迎风坡各个断面地形差异的影响,各观测点间风沙流结构差异显著。风沙流结构在迎风坡和丘顶均遵循指数递减规律(Q=aexp(-z/b)),其中,指数函数拟合中系数a与输沙率具有良好的幂函数关系,随风速增加而增加,但二者关系较弱;b与二者无相关性。背风坡风沙流结构具有明显的分段现象,以0.10 m高度为界,下层符合指数函数,上层符合幂函数。 相似文献
17.
YongSheng Wu Hasi Erdun RuiPing Yin Xin Zhang Jie Ren Jian Wang XiuMin Tian ZeKun Li HengLu Miao 《寒旱区科学》2013,5(6):0739-0744
Biological soil crusts are widely distributed in arid and semi-arid regions, whose formation and development have an important impact on the restoration process of the desert ecosystem. In order to explore the relationship between surface airflow and development characteristics of biological soil crusts, we studied surface airflow pattern and development characteristics of biological soil crusts on the fixed dune profile through field observation. Results indicate that the speed of near-surface airflow is the lowest at the foot of windward slope and the highest at the crest, showing an increasing trend from the foot to the crest. At the leeward side, although near-surface airflow increases slightly at the lower part of the slope after an initial sudden decrease at upper part of the slope, its overall trend decreases from the crest. Wind velocity variation coefficient varied at different heights over each observation site. The thickness, shear strength of biological soil crusts and percentage of fine particles at crusts layer decreased from the slope foot to the upper part, showing that biological soil crusts are less developed in high wind speed areas and well developed in low wind speed areas. It can be seen that there is a close relationship between the distribution of biological soil crusts in different parts of the dunes and changes in airflow due to geomorphologic variation. 相似文献
18.
包兰铁路沙坡头段防护体系前沿栅栏沙丘形态与近地面流场 总被引：3，自引：3，他引：0
防护体系前沿阻沙栅栏不仅是维持栅栏沙丘形态、阻挡流沙进入防护带内的重要屏障,还是栅栏沙丘这一独特沙丘类型形成发育的首要条件。形态测定与流场观测表明,在沙坡头铁路防护体系前沿地带,栅栏沙丘迎风坡平均坡度大于天然沙丘,背风坡坡度小于天然沙丘,背风坡水平长度与迎风坡水平长度之比约为0.7,远大于天然沙丘（0.3）。阻沙栅栏显著影响沙丘表面流场,但栅栏缺失或沙埋后栅栏沙丘与天然沙丘表面流场结构具有很大的相似性。沙丘迎风坡剪切风速均沿坡面至丘顶呈先增大、后减小的趋势,但栅栏沙丘迎风坡脚至中上部剪切风速增长速度较快,中上部至丘顶剪切风速迅速降低而且幅度较大,这种变化对栅栏沙丘的成长具有重要意义。 相似文献
19.
Numerical modelling of flow structures over idealized transverse aeolian dunes of varying geometry 总被引：2，自引：0，他引：2
A Computational Fluid Dynamics (CFD) model (PHOENICS™ 3.5) previously validated for wind tunnel measurements is used to simulate the streamwise and vertical velocity flow fields over idealized transverse dunes of varying height (h) and stoss slope basal length (L). The model accurately reproduced patterns of: flow deceleration at the dune toe; stoss flow acceleration; vertical lift in the crest region; lee-side flow separation, re-attachment and reversal; and flow recovery distance. Results indicate that the flow field over transverse dunes is particularly sensitive to changes in dune height, with an increase in height resulting in flow deceleration at the toe, streamwise acceleration and vertical lift at the crest, and an increase in the extent of, and strength of reversed flows within, the lee-side separation cell. In general, the length of the separation zone varied from 3 to 15 h from the crest and increased over taller, steeper dunes. Similarly, the flow recovery distance ranged from 45 to >75 h and was more sensitive to changes in dune height. For the range of dune shapes investigated in this study, the differing effects of height and stoss slope length raise questions regarding the applicability of dune aspect ratio as a parameter for explaining airflow over transverse dunes. Evidence is also provided to support existing research on: streamline curvature and the maintenance of sand transport in the toe region; vertical lift in the crest region and its effect on grainfall delivery; relations between the turbulent shear layer and downward forcing of flow re-attachment; and extended flow recovery distances beyond the separation cell. Field validation is required to test these findings in natural settings. Future applications of the model will characterize turbulence and shear stress fields, examine the effects of more complex isolated dune forms and investigate flow over multiple dunes. 相似文献
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Detailed wind tunnel tests were carried out to establish the mean downwind velocity and transport rate of different-sized loose dry sand at different free-stream wind velocities and heights, as well as to investigate the vertical variation in the concentration of blowing sand in a cloud. Particle dynamic analyzer (PDA) technology was used to measure the vertical variation in mean downwind velocity of a sand cloud in a wind tunnel. The results reveal that within the near-surface layer, the decay of blown sand flux with height can be expressed using an exponential function. In general, the mean downwind velocity increases with height and free-stream wind velocity, but decreases with grain size. The vertical variation in mean downwind velocity can be expressed by a power function. The concentration profile of sand within the saltation layer, calculated according to its flux profile and mean downwind profile, can be expressed using the exponential function: cz=ae−bz, where cz is the blown sand concentration at height z, and a and bare parameters changing regularly with wind velocity and sand size. The concentration profiles are converted to rays of straight lines by plotting logarithmic concentration values against height. The slope of the straight lines, representing the relative decay rate of concentration with height, decreases with an increase in free-stream wind velocity and grain size, implying that more blown sand is transported to greater heights as grain size and wind speed increase. 相似文献