灌丛沙堆表面压力分布特征的实验研究的论文.doc

灌丛沙堆表面压力分布特征的实验研究的论文.doc灌丛沙堆表面压力分布特征的实验研究的论文摘要: 风成沙丘表面压力分布特征直接反映沙丘表面风蚀风积特点, 因而是研究沙丘表面地貌过程的重要依据。依据风沙运动实验相似性理论, 以新疆和田河流域实测柽柳沙堆为基础, 按一定比例缩小制作成四组模型, 选用起沙风速区间在 6~14 m/s 的5 组不同风速分别对四组模型在风洞中作纯气流表面压力的模拟实验。结果表明, 无植物覆盖的半球形沙堆和圆锥形沙堆的表面压力分布特征存在着较大差异, 其中半球形沙堆迎风坡下部有较明显反射涡流, 丘顶存在高压剪切气流区域, 圆锥形沙堆则不存在这种风压变化, 此外半球形和圆锥形沙堆两翼的高低压风蚀区域分布特点也不一致。人工“植物”引发的沙堆丘顶和背风坡区域表面风压的显著变化有利于截留沙尘、保护沙堆免受风蚀并促进沙堆增长。关键词: 人工植被灌丛沙堆风洞实验表面压力灌丛沙堆是干旱地区沙漠、半干旱半湿润沙地和沙质海岸带常见的一种生物风积地貌类型〔 1,2 〕。代写论文多数学者认为植被盖度、风力强度和沙子供应量三个主要因素控制着灌丛沙堆的形成演化过程〔 3-10 〕。 hesp 等〔 11 〕曾经推断草丛沙丘附近的流场结构, 朱震达等〔 12, 13 〕在风洞实验中模拟了灌丛沙堆流沙模型的形态演化过程。但是限于灌丛沙堆形成因素的复杂性, 迄今为止, 对灌丛沙堆形成演化的动力学机制知之甚少。由于传统的模拟二维流场只能反映沿气流方向沙丘纵断面上的气流运行状况, 并未反映出沙堆表面风压变化规律, 如果把两者观测模拟结合起来可望在三维流场结构分析中深入研究气流作用于沙丘表面的动力过程。. 本文基于新疆和田河流域风沙地貌野外考察资料, 在完成纯气流流场风洞模拟基础上, 拟进一步通过风洞模拟实验, 查明无植物“沙堆”和有植物“沙堆”模型的表面压力分布特征, 这对深入阐明灌丛沙堆表面在风沙流作用下的风积、风蚀机制具有重要意义。 1 风洞实验 风洞基本参数和实验相似理论本项风洞模拟实验在中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室沙坡头沙漠试验研究站土壤风蚀风洞中进行。该风洞是一座直流闭口吹气式低速风洞, 实验段长 21 m, 实验段截面 × m, 最大风速 30 m/s 。风洞整个实验段( 包括出口扩压段)有1° 的仰角。风洞底由 7 块活动合金铝板组成, 可装可拆, 以便扩大模拟实验的范围。气温和当前大气压以键盘输入计算机, 实现风压适时自动采集。实验的风压采集周期为 2 s, 采集时长为 60 s, 最终用于分析的风压是 60s 时段内采集结果的平均值。风洞模拟实验的可靠性, 决定于实验条件与野外实际情况的相似程度。风沙过程模拟实验涉及的变量较多, 但是根据风沙运动实验相似理论第一定理, 表征现象的一切变量, 在时间各对应瞬间和空间各对应点上, 互成一定的比例关系, 相似现象必然发生在几何相似的对象里, 即边界上几何特性相似。相似第二定理特别指出包括几何、物理、边界和起始条件的相似。简言之, 要使模型实验与自然现象完全相似, 必须满足几何相似、运动相似和动力相似三个基本条件〔 10,14 〕。本项模拟实验尽可能遵循风沙运动实验相似理论, 模拟实验过程中选择沙堆模型形态、选取观测高度、调整实验段风速时尽可能接近野外实际状况, 最大限度地保证实验结果直接外推到任何尺寸、任何风速下的沙堆原型,