包兰铁路沙坡头段防护体系近地面流场特征

基于地形和流场实测，研究了包兰铁路沙坡头段铁路防护体系近地面流场沿NNW-SSE方向的变化．结果表明，由于地形变化以及人工植被和草方格的存在，防护带内等风速线沿风向呈逐渐变疏和抬高的趋势，各高度的风速总体上呈递减趋势，风速放大率为负；沙丘迎风坡风速放大率为正，流动沙丘迎风坡风速放大率高于固定沙丘迎风坡．沙丘背风坡2．5m高度内风速放大率总体为负．防护带内的固定沙丘背风坡气流通体减速，各高度的风速放大率全部为负，平均为一1．48％／m．防护带内地表空气动力学特征发生变化，其中沙丘迎风坡地表风速廓线接近于对数率；人工植被带地表空气动力学粗糙度显著高于流沙区．     

新月形沙丘表面流场的数值模拟

利用商用CFD流体计算软件FLUENT,对新月形沙丘流场进行数值模拟,得到沙丘表面气流结构;分析了迎风坡气流加速、背风坡回流区长度与沙丘高度、来流风速之间的关系。结果表明:沙丘高度是影响迎风坡气流加速的主要因素,沙丘高度越高,迎风坡气流加速越大,而来流风速对迎风坡气流加速的影响与沙丘高度比较,是小量可以忽略不计;回流区长度与沙丘高度的比值随着高度的增加而增加。     

地面热力条件对庭院式建筑内部空气环境的影响

太阳辐射、人员聚集和存在散热设备等通常对庭院式建筑内部敞开空间的热环境产生重要影响.在不同背景风速和地面热力条件下,对庭院内部流场和颗粒污染物浓度分布特征进行了数值模拟计算和讨论分析.结果表明,在背景风速较大时(＞3.0 m/s),地面热力条件对庭院内部气流和粒子浓度分布特征的影响可以忽略;但当背景风速较小时(0.5 m/s),地面热源产生的热压作用对庭院内气流和粒子浓度分布有较大影响.较高的地面散热强度将增加庭院换气率,但同时也存在着庭院下风向建筑内部污染物浓度增加的可能性.     

栅栏沙丘表面流场的二维数值模拟

数值模拟是研究风沙地貌形态动力学和风沙工程工作原理的有效途径.本文利用数值模拟方法,通过对比不同的迎风坡度以及迎风坡上部设置阻沙栅栏条件下的沙丘近地面流场特征,讨论了沙区道路防护体系前沿"栅栏沙丘"形成发育的流场条件.结果表明,随沙丘迎风坡坡度增大,背风坡回流区变高、变长,且坡度15°后背风坡回流区流场基本不再变化.沙丘迎风坡阻沙栅栏的影响主要体现在气流的提前分离及其背风侧小涡的形成,回流区范围因叠加而变得更高、更远.这种流场变化特征对沙丘表面风沙过程具有显著影响,是形态趋于高大、断面趋于对称的栅栏沙丘形成发展的原因所在.     

塔里木石油公路沿线全新世风沙地貌形成演化的初步研究

本探讨了新疆塔里木石油公路沿线全新世风沙地貌类型、发育条件、动力特征和演化历史。研究表明，公路沿线发育多种典型风沙地貌类型。在新月形沙丘的迎风坡，风速和输沙率向上坡增加，背风坡存在涡旋，促使迎风坡风蚀背风坡加积，以至整个沙丘向前的动量得以维持。在线性沙丘表面，沙粒沿着合成输沙方向呈曲折摆动式纵向输移，而在背风坡以显的侧旁气流和沙物质的侧向输移为特征。全新世以来，由于近地面东北风系中偏N风力减弱，偏E风力加强，因此沙漠腹地叠置沙丘落沙坡方位向西偏转。沙漠边缘河流作用与风力作用的相互消长对风沙地貌的形成演化影响巨大，而沙漠腹地风信条件和自然环境表现出相对稳定性。     

街道峡谷内颗粒物扩散沉积的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟分析了孤立街道峡谷内气流运动和颗粒物的扩散沉积.计算中选取中低来流风速(3,5,10 m/s)和高来流风速(20 m/s),颗粒粒径范围为0.01～10μm.得到了峡谷内气流速度场、颗粒运动轨迹和颗粒在建筑物不同表面及地面上的沉积率.结果表明,颗粒在地面上的沉积率明显高于在建筑物各表面上的沉积率;来流风速一定时颗粒在峡谷迎风面、背风面、建筑物屋顶及地面上的沉积率都对粒径的变化不敏感,中低风速范围内颗粒在建筑物各表面和地面的沉积率都对风速变化不敏感;在峡谷迎风面及地面上,颗粒在高风速下的沉积率明显大于中低风速下的沉积率,而在峡谷背风面及建筑物屋顶上,颗粒在高风速下的沉积率明显低于中低风速下的沉积率;在中低风速下,颗粒在背风面的沉积率高于在迎风面的沉积率,而在高风速下,颗粒在背风面的沉积率却低于在迎风面的沉积率.     

循环流化床内生活垃圾颗粒冷态分层特性分析

对城市生活垃圾循环流化床焚烧炉炉内冷态流场及生活垃圾颗粒冷态分层特性进行了数值模拟.结果表明:密相区和稀相区的流场存在较大差异,密相区u、v、z值较稀相区大得多,湍流强度大,扰动强烈;稀相区流场横向扰动很弱.不同粒径的垃圾颗粒在炉内存在明显的分层现象,流化风速1.5～2 m/s时,小于1 mm的垃圾颗粒集中在炉膛上部,大于5 mm的垃圾颗粒沉积到炉膛底部.风速从0.8 m/s增加到2 m/s时,风速越小、粒径差异越大,分层越明显.随着风速的增加,不同粒径垃圾颗粒分布趋于均匀,分层现象减弱.当风速小于1 m/s,炉内整体流态化及循环状况较差,1.5～2 m/s的流化风速对生活垃圾流化床较为适合.     

风沙流中沙粒相输移的测量

在风洞内对风沙流中运动沙粒进行了粒子图像速度场（PIV）测量，通过调整进光量和降噪处理得到了满意的PIV图像与沙粒相的速度场．结果表明颗粒在空中的运动受到球形度、风速的影响：在1m／s来流风速下，在固定点处50～63μm沉降沙粒的垂向速度随时间的变化出现双峰性，其时均值抹平了瞬时速度的波动；随着风速的增大，沙粒受气流脉动作用的影响越发显著，当来流风速增大到3．5m／s时，观察域内的63～80μm沙粒处于悬移状态；当来流风速为5m／s时，整个测量流场内沙粒的垂向速度的平均值为正值，方向向上．采用图像处理的数字掩码技术，处理图像得到了沙粒在流场中的面密度以及单宽输沙率．分析指出实验的误差主要是由沙粒的粒径尺寸和沙粒图像形心位置的不确定性所造成，且提出减小误差的措施．     

大跨悬索桥Π形加劲梁处风参数实测与风攻角修正

以一座已建的大跨悬索桥为工程依托，基于现场实测与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics， CFD）方法研究Π形加劲梁断面气动外形对桥面高度处实测风参数的影响，并提出实测风攻角的修正方法. 进行为期5个月的桥面高度处风速和风攻角现场实测，分析风参数沿桥轴线的分布规律，并比较了桥面高度处迎风侧与背风侧风速仪实测的风速和风攻角；采用计算流体动力学方法模拟气流流经静止加劲梁断面的流场，研究来流风攻角和风速对风速仪安装在加劲梁不同位置处风参数的影响；结合数值模拟结果，通过函数拟合得到Π形加劲梁断面风速仪实测风攻角的修正公式. 结果表明：实测风速在大桥主跨范围内较为接近，且边跨风速相较于主跨风速偏小；现场实测得到的迎风侧风攻角明显大于背风侧，两侧风速基本一致；迎风侧与背风侧的风参数数值模拟结果与现场实测具有一致性，主梁绕流对距主梁20 m范围内的风攻角监测结果均存在一定影响. 通过本文建立的风攻角修正方法，可以根据迎风侧风攻角的实测值得到较为合理的风攻角修正结果.     

塔里木盆地南缘风动力环境研究

风动力是沙尘天气发生并产生大量沙尘气溶胶的最重要因素之一,是评估某个区域风沙活动强度和沙尘气溶胶潜在释放能力的依据。文章以和田地区为研究区,利用和田市、皮山县、墨玉县、洛浦县、策勒县、于田县及民丰县气象台站观测的1991-2011年的小时风速风向资料,计算了研究区各观测站点的风动力,并分析了其时空变化特征。初步结论如下:(1)研究区年平均风速小于2.0m/s,呈现东西两侧大,中间小的空间分布特征;风速月变化呈现单峰分布态势,风速的高值出现在5-8月份;研究区起沙风风向主要集中在偏W方向,其中以SSW、SW、WSW、W、WNW、NW六个方位为主,合计占到全部起沙风风向的89.9%。(2)研究区输沙势高值中心东侧的民丰县,年均输沙势达173.1VU,合成输沙势为153.2VU,最小值出现在洛浦站,年均输沙势仅有3.2VU,合成输沙势为2.2VU;研究区各站月平均输沙势的高值区也集中在5-8月;输沙势的年际变化呈现较大的波动性,2001年达到最高值,为102.8VU;研究区合成输沙方向主要集中在ENE方向。     

小尺度新月形沙丘背风侧流场特性的大涡模拟分析

为了准确获得新月形沙丘背风侧湍流流场流动特性,采用基于Smagorinsky的亚格子尺度涡黏模型的大涡模拟(LES)方法,对简化了的实验缩比小尺度沙丘模型绕流气相流场进行了数值研究,模拟了相同来流风速、不同沙丘迎风坡度和高度下背风侧风场的湍流流动模式,获得了背风侧区域地表面摩擦系数分布,比较了回流区长度和湍流强度分布.模拟结果表明:LES方法能较好地揭示背风侧湍流流场特性;流场重附距离随沙丘迎风坡度和高度的增加而增大;背风侧回流区内湍流强度总体上比回流区外大,回流区内沙丘坡脚位置及重附点位置处湍流强度最大值出现在贴近地表附近,随沙丘高度的增加而增大;回流区中部湍流强度最大值出现在回流区顶部,随沙丘高度的增加先增大后基本不变.     

障碍物对孤立山丘三维风场的影响

采用数值计算软件FLUENT研究障碍物的尺寸、障碍物与山坡坡底的距离对山丘风场的影响.根据计算结果绘制山顶上方50m处的湍流强度和速度变化图,山丘表面风速值线图以及来流方向分风速等值线图.分析结果表明:障碍物越高,距离山坡坡底越近,山顶风速减小幅度越大,越不稳定;山丘上游存在障碍物时,迎风坡和背风坡均出现低速区;障碍物距离山坡坡底较近时,迎风面上还出现了回流现象.迎风面、背风面的速度变化较大,不适合安装风力机;山丘两侧风速一直变化不大,比较适合安装风力机.     

正弦形沙丘背风坡回流区特性研究

利用开源计算流体力学软件OpenFOAM的标准k-ε湍流模型,对沙丘表面流场进行数值模拟,获得了距沙丘表面不同高度的流场速度分布曲线,考察了沙丘背风坡回流区特性受沙丘高度和宽度的影响,分析了回流区形成的原因。结果表明:沙丘高度较低时,在背风坡贴近沙丘表面的区域气流速度先降低后增加;随着沙丘高度的增加,背风坡气流速度降低更为迅速,气流不稳定,出现回流区。研究还发现:在沙丘宽度或高度一定的情况下,随着宽高比的增加,回流区尺度减小;回流区尺度不仅取决于宽高比,还取决于沙丘宽度与高度的数值。沙丘背风坡回流区萌生时,贴近沙丘表面出现一系列小涡,减小沙丘宽高比,涡的尺度增大、强度增加,演变为回流区。     

上进风内滤式袋式除尘器的流场优化分析

研究一种上进风内滤式袋式除尘器,通过数值模拟分析改造除尘器的结构,以提高除尘器内部气流组织均匀性以及过滤效率。利用试验数据对仿真模型进行验证,并以流量分配系数、综合流量不均匀幅值、滤袋表面过滤风速为评价指标,对入口风速为5.0m/s时的袋式除尘器内部流场进行模拟分析。结果表明:当除尘器进、排气口异侧分布时,除尘器内部各滤袋的综合流量不均匀幅值较小,表面过滤风速较低,内部流场气流较均匀;当除尘器进、排气口同侧分布且在进气口增设导流板时,除尘器内部流场的气流均匀性以及各滤袋表面过滤风速的均匀性得到改善,能够提高除尘器的过滤效率,是一种较为合理的除尘器结构。     

城市小区环境流场及污染物扩散的风洞实验研究

介绍了一次有关城市小区环境流场和污染物扩散规律的风洞实验研究．实验以位于北京市东南部的方庄小区为研究对象，以1：250的缩尺比在南京大学MU环境风洞中建立模型并进行实验．实验包括：小区气流分布测量、小区空气污染物浓度分布测量、建筑物周边气流分布测量、建筑物周边空气污染物浓度分布测量．实验结果表明：小区内水平流场分布受不同高度建筑物影响，但风速垂直分布总体上仍符合幂指数律．小区内污染物分布亦受到建筑物及环境风速大小的影响．单体建筑物流场试验结果清晰显示了气流遇建筑物后的抬升翻越过程，以及街渠内的抽风效应，该效应可使街渠内风速达到来流的2～3倍．单体建筑物污染物分布试验结果显示随着离源的距离增大污染物浓度逐渐减小，其垂直分布仍符合地面源排放的扩散分布形式，实验结果与实际观测结果相比较为接近．相应数值模拟结果与风洞实验结果进行比较表明：两的气流和污染物浓度分布除个别有差异外，总体上相当吻合．     

顾及下垫面特征的海坛岛近地面风场模拟

近地面风场模拟,目前多直接利用实测风速数据进行插值,其模拟结果不能反映地形特征对近地面风速的影响.综合考虑海拔高度、坡向、坡位等地形特征对风速的影响,提出了提高风场插值精度的方法:利用2013年10月份海坛岛离地2 m高风速实测数据进行反距离加权插值;基于数字高程模型数据,根据风速换算的指数律公式进行海拔高度的风速修订;对起伏地形区域,依据地形划分结果和不同的坡向、坡位条件进行水平方向的风速修订.对比风场修订前后结果,用本方法模拟的风场比直接内插的风场更接近实际风场分布,地形特征导致的风速分异得到了体现.     

张家界地区溇水流域洪水特征分析

以张家界地区主要水系溇水流域为研究对象,利用长潭河站1966年以来有记录的水文泥沙资料(25a),分析溇水流域不同阶段洪水发生频率、洪峰规模、洪水输沙能力及水沙关系特征的变化规律.通过有序聚类方法将溇水流域洪水变化过程划分为1966—1969年、1970—1985年和2007—2011年3个阶段.研究结果表明:溇水流域以夏季洪水为主,发生频率约占56%.25a间,洪峰流量主要集中在500~1 000m3/s,大于1 000m3/s的洪水发生频率在不同时段分布规律不尽相同,最高洪峰流量可达到7 000m3/s.洪水对溇水流域输沙量的贡献远大于水量的贡献,最大洪水事件对溇水流域输沙过程起主导作用,其最大贡献率可达73%(1966年).3个阶段"流量-含沙量"呈幂函数关系,其系数变化特征表明溇水流域洪水输沙来源相对不充足.1970—1985年间洪水输沙能量有所增加,而2007年后输沙能量有所降低.不同阶段"流量-含沙量"滞后环特征变化在一定程度上表明溇水流域悬移质输沙来源从河道向坡面或上游较远的地方转移.     

平行气流真菌孢子释放强度试验研究

真菌是室内环境中普遍存在的空气微生物污染物,可对人体产生许多危害.采用自行开发的平行气流真菌孢子释放强度测定装置(PAFST),测量了5种典型风速下,4种常见真菌孢子柑桔青霉(Penicillium citrinum)、扩张青霉(Penicillium expansum)、黑曲霉(Aspergillus niger)和枝孢属(Cladosporium Spp.)在3种材料表面的释放强度.结果表明气流的作用形式是影响孢子释放强度的主要因素;在琼脂表面,风速0.9m/s时,柑桔青霉的释放强度为(7±9)个/cm2;枝孢属在风速4.7m/s时,释放强度为(50±35)个/cm2;在无纺布表面柑桔青霉和扩张青霉的最小释放气流速度是0.3m/s,黑曲霉是2.4m/s,枝孢属为9.4m/s;当达到孢子释放最大强度时,风速增加释放强度将不再增大.     

汽车风洞实际流场对声源识别的干扰与修正

为了提高汽车风洞外场声源识别精度,对因实际流场与空风洞之间区别产生的偏差进行分析.关注汽车绕流场与射流剪切层的速度分布,分别对车辆所在自由空间、空风洞与带实际车辆的风洞3种流场进行数值仿真及试验验证.通过无限薄剪切层及实际流场分层声传播模型,预测有无车辆两种风洞状态下的声漂移量,并与实际整车声学风洞声传播试验结果进行比较.结果表明,放入车辆后,风洞势流核心区因受汽车阻塞而流场速度分布不均匀,进而剪切层区域流场受到汽车绕流场干扰而外扩.进行实际流场分层修正后,车表后方声源漂移结果精度大幅提高,能有效提高实际风洞外场声源识别精度.     

单条林带防护作用区风速分布特征

为了揭示防护林带对旷野风速运动变化所产生的作用，通过空间多点观测，来研究单条林带防护作用区风速分布特征。结果表明，林带背风面2．5～19H范围内形成的风速降低区，是林带主要保护区和作用范围。其中，4～13H区域内由旷野最大风速值6．4m／s降低至2．7～5．0m/s，风速降低幅度为29．7％～57．8％；13～19日区域内风速分布为5．0～6．0m／s，降低约6．3％～21．9％。在林带迎风面3．5H范围内形成的次降风区，风速降低了0．4～1．0m／s；林带附近乱流交换比较强烈，而且在林带两端处略偏向林带背风面有两个较大的动力速度增强区，风速超过7.0m／s，甚至达到7．5m／s。在林带的垂直方向不同区间的垂线上风述变化不同，林带的有效防护距离并不完全相同。据此提出林带“有效防护面积”的新概念，是表征单条林带防护作用火小的客观指标，能准确地表达农田防护林带的防护区域范围和防护程度。