風蝕風洞中棒柵-粗糙元對流場特性影響的模擬分析.pdf

1、地表風場特性的模擬是土壤風蝕研究的一項重要的基礎性工作，隨著計算機模擬技術的發(fā)展，數值風洞的方法在該模擬研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。
　　 本文基于土壤風蝕風洞中湍流渦發(fā)生器的設計，利用計算流體動力學(CFD)軟件Fluent對NK-1可移動式風蝕風洞中典型農田風蝕地表風場上的大氣邊界層進行數值模擬，提出引入多孔介質模型的方法將原非規(guī)則幾何結構的棒柵進行替代計算，最終得到棒柵-粗糙元的優(yōu)化分布，并通過室內風洞實驗進行驗證。結果

2、顯示，風洞實驗實測與模擬所得剖面的相關系數為0.974，效果較理想，從而驗證了用棒柵-粗糙元組合作為湍流渦發(fā)生器來模擬大氣邊界層是可行的。
　　 同時，本文針對NK-1風洞的收縮段+試驗段建立了全尺度模型，將被動模擬技術中的棒柵、粗糙元裝置引入到數值風洞中，開展了對大氣邊界層風場的數值模擬研究，并得到了棒柵-粗糙元模擬裝置及相關運行參數對風洞中流場特性的影響。首先，棒柵對邊界層流場的形成主要起“粗調”作用，改變棒柵間距則會對流場

3、產生一定的影響；其次，粗糙元對邊界層流場的形成主要起“細調”作用，它僅對近地面的風速剖面產生影響，對流場湍流強度分布主要起到分化、穩(wěn)定、平衡的作用；第三，隨著入口氣流速度的增加，所得的風速剖面和湍流強度數值依次增大，但風速梯度逐漸變小，而湍流強度在風洞上下兩端增幅較中間部分大；最后，速度場在離粗糙元鋪設結束0.6m之后已經發(fā)展完全，中軸線上的速度剖面幾乎不再隨測量位置x的增加而變化，而湍流強度會在風洞上下兩端有增大趨勢，而中間部分略有減