49 / 2022-06-13 15:44:08

大气表面层含沙流场中动量与粉尘通量变化规律研究

沙尘暴,高雷诺数,颗粒通量

作为一种典型的雷诺数高达O(10⁶)的颗粒两相壁湍流，风沙流/沙尘暴其中的湍流运动会造成广泛而剧烈的动量以及标量物质输运，具体表现为成土壤养分流失、农田破坏、空气质量恶化、等一系列灾害。通过在青土湖观测列阵所得到的大量含沙流动数据，分析了在沙流场下粉尘通量的基本特征及其与湍流动量的相干关系。结果表明，粉尘流向通量(uc)与动量通量(uw)类似，主要分布在象限空间的第二以及第四象限，而粉尘垂向通量(wc)则主要分布在第一以及第三象限，基于象限事件所定义的输运效率分析中发现粉尘通量输运特征随高度逐渐增大，这种趋势与动量通量输运效率相反，并且输运效率随着颗粒体积分数的升高而升高。另外，颗粒会显著增大通量谱峰值尺度，并且这种增强效果在对数区上部更为明显。最后，我们发现但是随着高度的升高，动量通量与粉尘通量的输运相似性会在大尺度相干结构的作用下逐渐升高。本次研究通过分析大气表面层不同含沙浓度流动中动量通量以及粉尘通量的在物理空间以及在傅里叶空间的变化和规律，有助于增进目前对于可蚀床面气-固两相流中湍流结构对颗粒物输运的研究，有助于揭示颗粒和湍流结构相互作用的物理机制。