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(chǔ)性工作，隨著計算機模擬技術(shù)的發(fā)展，數(shù)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(shè)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(nóng)田風蝕地表風場上的大氣邊界層進行數(shù)值模擬，提出引入多孔介質(zhì)模型的方法將原非規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)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(nèi)風洞實驗進行驗證。結(jié)果

2、顯示，風洞實驗實測與模擬所得剖面的相關(guān)系數(shù)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(shù)中的棒柵、粗糙元裝置引入到數(shù)值風洞中，開展了對大氣邊界層風場的數(shù)值模擬研究，并得到了棒柵-粗糙元模擬裝置及相關(guān)運行參數(shù)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(diào)”作用，改變棒柵間距則會對流場

3、產(chǎn)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(diào)”作用，它僅對近地面的風速剖面產(chǎn)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(shù)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(shè)結(jié)束0.6m之后已經(jīng)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