平坦床面上风雪流运动的力学机理分析

论文摘要

根据床面雪粒粘连程度的不同,建立不同的起动模型,并讨论温度在-30°C-0℃的范围内,起动风速与粒径、温度以及积雪时间的关系。结果表明:当其他因素不变时,临界起动风速随着雪粒粒径的增大而增大;在一定积雪时间内,临界起动风速随时间增加而增加,最终达到一个稳定的值;在温度低于零度时,临界起动风速随雪表温度的增大而增加。建立单颗雪粒的运动模型,分别讨论了在不同情况下各种因素对雪粒运动轨迹的影响。结果表明:除重力和拖曳力外,saffman力、magnus力、静电力以及运动随机性对雪粒的运动也有重要的影响,并且随着风速、雪粒粒径、密度的变化各因素的影响程度也发生不同程度的变化。基于对雪粒起动、运动机理的分析,结合初速度分布函数,建立稳态的风雪流计算模型,并对稳定状态下的风雪流结构进行分析,将分析的结果与风洞试验的测量值进行了比较,结果显示:风雪流发展稳定后,运动雪粒对风场有较为明显的修正作用;稳定状况下雪粒的数浓度和水平质量通量均随高度呈负指数分布,并且在考虑saffman力、magnus力以及静电力以后计算结果更接近实测值。当运动随机性较大时,其对雪粒的数浓度和水平质量通量的计算结果会有明显影响。通过击溅函数模拟了风雪流的发展过程,讨论了不同风速下风雪流发展时间的变化,模拟所得的稳定状态下的输雪通量与实验结果吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 风吹雪机理的研究内容及现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 雪粒起动的力学机理
• 2.1 临界流体起动模型的建立
• 2.2 流体起动和冲击起动
• 2.3 数值计算结果与分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 雪粒的运动轨迹及影响轨迹的因素分析
• 3.1 雪粒的受力分析及其运动方程
• 3.2 计算结果及讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 稳态风雪流结构分析
• 4.1 模型的建立
• 4.2 计算步骤及结果讨论
• 4.3 本章小结
• 第五章 风雪流发展过程的数值模拟
• 5.1 计算模型
• 5.2 计算过程
• 5.3 计算结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢