论文摘要
针对传统近地层风沙流的理论与数值模拟研究以及风洞实验大多基于理想条件（平坦床面、定常风速）,而实际风沙运动通常发生在复杂环境下（如复杂地形、湍流结构风场等）,使得现有的风沙跃移运动理论与数值模型还远未能够达到准确预测野外实际情况下的风沙流运动的程度。沙漠最基本的地貌形态如沙丘、沙波纹等其迎风面坡度对颗粒起动和输沙率影响很大。基于此,本文在风洞实验中应用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）对坡面近地表风场进行测量,得到迎风坡及背风坡的风场结构。此外,应用粒子图像测速仪（PIV）对坡面近地表沙粒进行测量,得到迎风坡不同位置处起沙率。在此基础上建立坡面地表的风场一沙粒相互耦合的风沙跃移运动模型,并对该风场—沙粒相互耦合的风沙跃移运动模型进行求解。计算时采用有限体积法来求解Navier-Stokes方程,地表形态采用阶梯网格进行逼近,结果表明相比于平坦床面,坡面地表情况下迎风坡面相关风沙运动规律有所变化；由于坡面地表的作用,随着坡点的增高,迎风坡面风场风速得到加强,起沙率及输沙率逐渐变大；在迎风坡面不同坡点位置处风沙耦合作用的影响是不同的。本文数值模型不仅能够有效地模拟风洞实验中坡面地表的风场特性,而且能够较为直观全面的展现迎风坡面、特别是背风坡面的风场结构特性。文中还详细讨论了坡面地表迎风坡面沙粒跃移运动特征,如迎风坡面不同位置处输沙率沿高度的分布、风速沿高度分布等。