立式PLA沙障防护效果及数值模拟研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong484
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本研究以生物基可降解(PLA)沙障作为研究材料,设置3种不同高度(50cm、70cm和100cm)的立式PLA沙障作为研究对象,进行风速流场观测、输沙量测定,并结合Fluent数值模拟方法对不同设计参数下立式PLA沙障的风沙流运动特征做出模拟分析和补充验证,确定不同设计参数下沙障的防护效果,为沙区防沙治沙工作提供理论依据。本论文主要研究结果如下:(1)3种高度立式PLA沙障风速流场特征均表现出以“单峰式”为主,变化情况主要为“抬升加速-减速-恢复”且在障后1m位置处出现拐点。100cm立式PLA沙障障后形成的减速区分别为5.3m、4.2m和3.8m,显著高于其他两种高度沙障,且随着风速的增加减速区范围逐渐减小。(2)不同高度立式PLA沙障输沙量呈现随高度的增加而逐渐减小的趋势,且输沙量集中在0~10cm高度范围内,100cm高度立式PLA沙障的输沙量明显低于其他两种高度的立式PLA沙障,对沙障前、沙障后风沙流的沙粒粒度特征分析后,障后细砂含量高于障前,且含量均在80%以上,随着沙障高度的增加削弱风沙流携沙能力越强。(3)不同设计参数下立式PLA沙障的风速流场分为障前遇阻抬升区、障顶加速区、障间减速区、障后弱风区、风速恢复区5个区域,从垂直方向的风速廓线形式来看,主要呈“S”型和以对数函数形式分布的曲线,从水平方向的风速变化来看,主要呈“W”型和“V”型曲线。从模拟积沙的情况来看,随着沙障行数的增加,风速减弱作用越明显,积沙量越多,随着沙障高度的增加,积沙越集中在第二排沙障附近。(4)通过野外试验与数值模拟结果综合分析得出:单行立式PLA沙障虽然能够有效降低地表风速,减少输沙量,但当气流越过沙障后很快便恢复至旷野风速,防护距离十分有限。通过模拟获得沙障最佳孔隙度在30~40%之间,沙障高度在120~150cm之间,应采取“横向多排铺设”的布设原则,能够使风速达到逐级递减的效果,能更好的控制沙粒移动,从而更好的发挥立式PLA沙障的防风固沙作用。
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