风沙流的实验研究和蠕移运动的非线性动力分析

摘要

本学位论文主要研究了风沙流的风洞实验和蠕移运动。首先探讨了湍流对输沙风沙流结构的影响，并通过改变湍流度的大小研究了湍流度对风沙流结构的影响。实验测量了两种湍流度下的风沙流结构，结果表明湍流度对输沙量的变化有一定影响，且会随着风速和高度的增大而增强。结果还表明地表湍流度的提高会使更多的沙粒离开床面而跃移到更高的位置，并认为湍流度的不同是造成戈壁与沙面上风沙流结构的不同的原因之一。 其次，利用PIV测量技术在风洞中测量床面起沙率。利用PIV技术的互相关算法计算出颗粒的速度，然后通过两幅图像的时间关系得出位移，从而得到沙面起动的沙粒个数。使用最小二乘法得出平坦沙面的起沙率与摩阻速度的相应公式。同时还分析了平坦沙面起动的颗粒粒径分布情况，结果表明粒径是按照正态分布的，随着摩阻速度的增大会使更多粒径大的颗粒起动。 最后，从沙粒受力出发，建立了床面层内蠕移集体运动的微分方程，进而从微分方程特性出发，探讨了蠕移运动过程的非线性动力学特征．发现沙粒的起动、蠕移运动的速度均受蠕移运动过程的非线性动力特征参数所控制，它们分别对应于蠕移运动过程中不同的非线性状态；而蠕移运动过程的非线性动力特征参数又取决于沙粒起动Shields参数和颗粒Reynold数，是两者的复杂函数．给出了沙粒的起动和蠕移沙粒的运动速度与shieldS参数和雷诺数的关系。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1研究目的与意义

1.2研究现状

1.3本文的主要工作

第二章湍流度对风沙流结构影响的风洞实验

2.1实验设计与方法

2.2实验结果分析与讨论

2.4小结

第三章床面起沙率的实验研究

3.1实验设备及方法

3.2实验结果

3.3小结

第四章蠕移沙粒运动的非线性动力学特征

4.1蠕移沙粒受力模型

4.2蠕移沙粒运动的动力学模型

4.3蠕移运动过程的非线性动力学特性分析

4.4小结

第五章结论与展望

参考文献

致谢

论文发表情况