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风沙运动中MAGNUS效应的数值研究 总被引：2，自引：2，他引：0
在风沙运动中,跃移沙粒一般都会伴随高速旋转,同时引起一种升力效应,即Magnus效应。采用数值模拟的方法计算了0.1Re400,转速ω为100~1000 rev.s-1范围时均匀来流中单个球形沙粒受到的Magnus力,并与Rubinow和Keller推导的Magnus力公式进行了比较。计算结果表明,在0.1Re200范围内,升力和沙粒的旋转速度成正比,随雷诺数的增大而减小。同时,Magnus效应和固定沙粒在均匀来流中的流动结构也有关系,即计算结果和Magnus力公式的升力系数比K在沙粒流动是附体的时随Re数增加逐渐减小,在Re=20~30时达到最小值,然后在沙粒流动是对称分离的时K随着Re数增加逐渐增大。当雷诺数继续增大到超过200时,沙粒本身流动状态非对称所引起的升力超过Magnus效应产生的升力,但Magnus效应的作用也不可以忽略。根据计算结果,对Magnus力公式进行了修正。另外,还发现流场速度梯度与Magnus效应并没有耦合作用,速度梯度对升力的影响可以和Magnus效应线性叠加。 相似文献
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《干旱区地理》2016,(5)
利用风洞实验研究风力作用下颗粒阻力系数变化规律。以乒乓球(直径3.9 cm)模拟自然界大颗粒,采用三分量传感器直接测量颗粒水平受力,并与表面风速测量同步进行,采样频率设为125 Hz。结果表明:颗粒水平阻力与颗粒表面风速的变化趋势一致,并随着来流风速及高度的增加而增大;在实验范围内(雷诺数约在9 000~40 000),水平阻力(Fx)与表面风速(Ux)的关系符合Fx=0.514(1/2AρU2x)+0.019,式中A为颗粒的迎风投影面积,ρ为空气密度,取1.285 kg·m-3,可以看出,阻力系数CD为0.514,略大于水流中颗粒的阻力系数CD值(0.44);常数项0.019表明其他力(如附加质量力和历史作用力等)的作用不可忽略。 相似文献
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颗粒运动及其数理简析 总被引：6，自引：7，他引：6
根据大量的野外观测和沙(雪)颗粒运动动态摄影的资料,分析地球表面上气流带动的各种固体颗粒的主要运动形式——振动、滚动、滑移、跃移和悬移的物理图象中力的作用,给出其主要运动参数的表达式,建立各自简单的数学模型。特别对跃移运动还给出模拟轨迹方程。该模型与实际拍摄的轨迹相对比表明,较之以前风沙物理研究者模拟的跃移轨迹要好。文中首次提出的滑移概念,即振动、滚动和滑移三种颗粒运动形式代替以往分类的蠕移、跃移和悬移运动形式更准确和清晰。文中还明确回答了第一颗砂粒是怎样起跳的这一关键问题。 相似文献
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通过相邻图像减法获得了清晰的沙粒运动图像。在此基础上,分别提出了通过人工目视解译与计算机追踪相结合进行跃移颗粒数字轨迹追踪的多帧图像匹配算法以及更适用于计算跃移沙粒群运动瞬时速度场的两帧图像匹配算法。结果表明：与前人研究采用的单纯的人工匹配计算相比,多帧图像匹配算法在保证数据准确性的同时,极大的提高了工作效率。两帧图像匹配算法克服了传统的PTV匹配算法对流场内粒子群运动特征的要求,更加适宜于跃移沙粒群的速度测量,不仅拥有较高的匹配率,而且全过程实现全自动计算,具有较高的计算速度,能够为跃移相整体运动特性研究提供具有代表性的数据。因此,此方法有助于高速摄影技术在研究跃移沙粒运动中的优势更加明显。 相似文献
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风沙流中沙粒旋转通常具有明显的三维旋转特性。本文通过数值建模考察了三维空间中不同沙粒旋转状态所产生的Magnus力对其跃移运动轨迹特征的影响。在三维坐标系中,X、Y、Z轴分别表示水平、垂直和横向方向,气流沿X方向流动,沙粒起跳时位于XY平面内。结果表明,跃移沙粒仅绕Z轴旋转起跳时,初始起跳角速度的增大会导致在XY平面内的跃移高度和跃移距离减小而降落角增大,但Z方向没有运动发生。跃移沙粒仅绕X轴或Y轴旋转起跳时,绕X轴或Y轴的初始起跳角速度的变化对在XY平面内的跃移轨迹特征量没有显著影响,但沙粒偏离XY平面的偏离距离和偏离角的绝对值随起跳角速度绝对值的增加而增大。因此,沙粒起跳旋转状态对其跃移轨迹有重要的影响。 相似文献
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风沙流的输沙率沿程变化规律 总被引：11，自引：7，他引：4
将风力作用下的地表侵蚀分解为气流直接侵蚀和跃移沙粒冲击侵蚀两个部分,在冲击侵蚀率中考虑颗粒与床面之间以及颗粒之间碰撞影响的前提下,结合地表蚀积平衡方程从理论上导出了风沙流的输沙率沿程变化公式。公式的预测值与实测资料吻合较好。以该公式为基础,进一步得到了流体侵蚀率、冲击侵蚀率和总侵蚀率各自沿程的理论变化表达式以及饱和路径长度公式,并且发现流体侵蚀率沿程逐渐减小,而冲击侵蚀率和总侵蚀率沿程变化规律都是开始时增大、然后减小,存在极大值;流体侵蚀累积量在总累积侵蚀量中所占的比例并不是固定不变,而是随气流速度的增大而增大。 相似文献
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塔克拉玛干沙漠南缘风沙跃移运动研究——以策勒为例 总被引：3，自引：0，他引：3
利用Sensit传感器、BSNE集沙仪、全方位跃移集沙仪结合2 m气象塔,于2010年7月5日至8月24日在策勒绿洲-荒漠过渡带开展了风沙跃移运动强化观测试验,分析了该区域风沙跃移运动的部分特征。结果表明:①试验点2 m高度临界跃移起动1 h平均风速为5.0 m·s-1;跃移颗粒数与风速呈现较好的幂函数关系;②跃移输沙量的方向分布以偏西方向为主,主要集中在SW、WSW、W、WNW、NW5个方位,共计占到80.9%;③跃移运动在一日之内的任何时间段都可能发生,发生频率较高的时段集中在白天的11:00—19:00;④观测期间0～40 cm高度范围的跃移输沙通量为199.4 kg·m-1。 相似文献
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为了研究沙丘迎风坡面上沙粒的跃移运动,本文根据风工程和空气动力学的最新理论,给出了沙丘迎风坡面上风场的空间分布规律,在此基础上对沙粒跃移运动进行了数值计算。由于沙丘周围流场情况较为复杂,各处的风速廓线也不同,故选取不同的坡面位置进行跃移计算,其中各处的起沙率由已有的实验结果或拟合公式给出。计算结果表明：从坡脚到坡顶,平均风速加速比和摩阻风速逐渐增加,到沙丘顶部达到最大值;同时沿坡面向上,各截面处单宽输沙率和距离当地地面相同高度处输沙浓度逐渐加强,这与已有文献报道的结果吻合良好。 相似文献
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流拖曳系数是海冰动力学模型中的重要参数,实际海冰运动时受到水流的底面剪切作用和侧面正压力作用,相应的拖曳系数分别为摩拖曳系数和形拖曳系数。利用实验室波流水槽设备,对长方平底、长方粗糙底和圆饼型淡水冰试样进行拖曳运动试验,获得26组冰样运动数据。根据这些试验数据,利用动量法原理和数学优化方法构造了摩拖曳系数和形拖曳系数的辨识模型,将摩拖曳系数和形拖曳系数两项分开。在此基础上,分析了冰样粗糙度指标(支承长度率和冰厚均方根偏差)对这两个系数的影响;发现了摩拖曳系数同冰样水平尺寸和垂直尺寸之比的关系,该关系能将冰山和浮冰的摩拖曳系数归结到同一条曲线上。 相似文献
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基于机载激光高度计测得的南极威德尔海西北区域冬季海冰表面起伏数据,结合脊帆形态参数和空间分布对中性条件(大气层处于中性平衡态)下对应10m高度处风速的冰-气拖曳系数Cdn(10)和脊帆形拖曳力Fd的参数化方案进行了改进,并探讨了冰-气拖曳系数Cdn(10)和脊帆形拖曳力对总拖曳力的贡献随脊帆强度(脊帆高度与间距的比值,其中脊帆高度是指脊帆顶点到平整冰面的垂直距离,脊帆间距是指相邻两个脊帆顶点之间的距离)和冰面粗糙长度的变化情况。结果表明,冰-气拖曳系数Cdn(10)随脊帆强度增大呈递增趋势,对较小的脊帆强度,Cdn(10)随粗糙长度的增大而增大,但脊帆强度较大时,Cdn(10)随粗糙长度减小而增大,即存在某一脊帆强度阈值,使Cdn(10)在该阈值两侧随粗糙长度的变化趋势相反;脊帆形拖曳力对总拖曳力的贡献随脊帆强度减小而减小,随着粗糙长度增大而减小。通过分析发现,造成以上不同变化趋势的主要原因是:随着脊帆强度的增大,摩拖曳力在总拖曳力中的优势地位逐渐由形拖曳力代替。 相似文献
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拖曳力系数是计算风沙流中沙粒受空气阻力的重要参数。考虑实际风沙流中沙粒浓度及沙粒形状,利用FLUENT软件首先计算了不同风速下距地表不同高度处两沙粒的拖曳力系数,给出了影响沙粒拖曳力系数的间距范围,然后计算了真实风沙流中不同高度沙粒拖曳力系数。结果表明,给定风速下拖曳力系数随距地面高度的增加先减小后增加,并将沙粒拖曳力系数拟合成距床面高度的函数,该函数与风速有关。 相似文献
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直立植被粗糙度和阻力分解的风洞实验研究 总被引：31，自引：10，他引：21
直立植被覆盖的床面上,由于直立植被消耗风动量,裸露床面上的剪切力因之降低,从而抑制风蚀。在风洞中用圆柱形木棒模拟直立植被,研究了地表总阻力系数CD、直立植被阻力系数Cf和粗糙度z0及其影响因素。实验结果表明,直立植被高度和密度对地表总阻力系数CD和粗糙度z0都有影响,但是程度不同。地表总剪切力分解为作用在直立植被上的剪切力和作用在裸露地表上的剪切力,表达式为τ=Fr/S+τs·S'/S。随着植被密度和高度增加,作用在植被上的剪切力增加,而作用在裸露地表上的剪切力减少。当侧影盖度Lc≥0.03时,τs可以忽略不计,用CD=2u*2/ uz2+CfLc计算植被阻力系数Cf。计算出的直立植被阻力系数Cf与1/√Lc之间成线性关系,而与AR无关。这与Marshall在风洞中通过直接测量粗糙元的阻力计算出的粗糙元阻力系数遵循类似的规律。地表总阻力系数CD与粗糙度z0之间较好的相关性说明,只要采用适当的测量方法,用曲线拟合方法获得直立植被覆盖地表总阻力系数CD和粗糙度z0是可靠的。 相似文献
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风沙运动中沙粒阻力的数值研究 总被引：4，自引：3，他引：1
对雷诺数Re≤300下单个圆球的阻力和两个前后不同距离的圆球之间的相互干扰对阻力特性的影响采用数值模拟的方法进行了研究。其中,单球的计算主要是为了检验方法的可靠性,并为后面双球干扰的计算提供一个基础。单球计算结果表明：单球的阻力系数值和流动特性与文献中的研究结果很符合。双球计算的结果表明：后球对前球的阻力影响很小,而前球对后球的影响则非常大,计算中后球的阻力最小只有单球的30%。这种影响与圆球的雷诺数和两球之间的距离都有关系。 相似文献
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植物区系地理研究中的重要参数——相似性系数* 总被引：45，自引：2，他引：43
相似性系数的正确理解和运用,对植物区系地理学中的植物区系分区、过渡区的植物区系地理属性及植物区系起源演化都具有重要的理论意义。文中通过相似性系数、种相似性系数、属相似性系数和科相似性系数等术语的阐述,提出了"区系相似性系数(Coeficient of simi-larity of flora)"概念。简要介绍了属或种(或科)相似性系数在应用中存在的问题和解决的办法。并建议在植物区系地理比较研究中采取统一、科学的计算公式。 相似文献
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地震作用下顺层岩质边坡稳定性的拟静力分析 总被引：2，自引：0，他引：2
通过对顺层岩质边坡的受力分析,应用极限平衡理论和Mohr-Column准则,按照Bishop关于边坡稳定性安全系数的定义,推导出在爆破震动载荷作用下,用于判别顺层岩质边坡稳定性的计算方法。研究结果表明垂直向下、水平指向坡外的爆破荷载以及两者的联合爆破荷载对边坡稳定性影响最大,尤其是后两者;水平指向坡外、垂直向下爆破荷载拟静力系数分别与边坡稳定性安全系数间呈负指数关系和S曲线关系;从动荷载拟静力系数0起,爆破震动水平指向坡外、垂直向下动荷载拟静力系数每增加0.05,有层裂长度的顺层边坡安全系数分别减少7.79%-10.67%、1.28%-1.98%,无层裂的顺层边坡安全系数分别减少7.61%-10.55%、1.47%-2.29%。同时,爆破震动产生的层裂长度、边坡长度以及联合爆破荷载的方向对顺层边坡稳定性也有影响。 相似文献
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本文从近地层动力学和热力学方程出发,用数值方法研究了林带对空气的湍流交换系数影响。研究结果表明:在林冠层以上,林带附近的湍流交换系数比较大;在林冠层以下,林带附近的湍流交换系数比较小。林带影响在高度为2.7—3.5倍树高、透风率为0.35左右铅直范围内最大。 相似文献