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戈壁风沙流结构特征的数值模拟研究

戈壁地区,输沙通量,象鼻效应,数值模拟

戈壁风沙流作为典型气-固两相流动，是地球、火星等地表形态演化的关键驱动力。风成跃移是风沙运动的主要机制，在沙漠地区已得到充分的研究。事实上，戈壁也是地球和火星上的一种主要风沙地貌。然而，对戈壁地区沙粒跃移特性的研究很少，数值模拟中沙床碰撞过程的缺乏限制了风沙运动模型在戈壁地区的应用。本文采用普朗特混合长度模型求解流场，拉格朗日粒子追踪模型来描述沙粒，并结合最新的戈壁沙床碰撞击溅函数。建立了戈壁地区风沙运动模型，模拟了沙粒的微观运动特征和宏观运动规律。由于砾石覆盖，戈壁上的沙粒具有较高的跃移高度，导致质量浓度的垂直衰减率低于沙床地表，这是质量通量剖面非单调性在戈壁表面更容易被发现的主要原因；质量通量廓线在戈壁上出现峰值，同时峰值高度随风速增大而增大；两种地表上的沙粒能量通量廓线都是非单调的，但戈壁的最大值位置较高。