導(dǎo)風(fēng)板聚風(fēng)輸沙機(jī)理研究

導(dǎo)風(fēng)板聚風(fēng)輸沙機(jī)理研究流動(dòng)沙丘的固定是土地沙漠化防治工作中的重要基礎(chǔ),目前對于小型半固定、流動(dòng)沙丘的治理技術(shù)已經(jīng)日臻成熟,但是對于自然條件比較惡劣的高大流動(dòng)沙丘而言,其治理技術(shù)研究進(jìn)展還相對緩慢。目前而言,對于高大沙丘的治理首先需要利用大型機(jī)械對沙丘頂部進(jìn)行拉平,但是受環(huán)境制約,工程造價(jià)相對較高。導(dǎo)風(fēng)板可以改變過境氣流流速與流向,能夠有效的改變近地面風(fēng)流場從而影響風(fēng)沙流結(jié)構(gòu),增強(qiáng)氣流攜沙能力,依靠自然風(fēng)力拉平沙丘。導(dǎo)風(fēng)板具有結(jié)構(gòu)簡單易于維護(hù)、體積較小運(yùn)輸方便、安裝施工簡便等優(yōu)點(diǎn),相對機(jī)械推平沙丘具有較大的優(yōu)勢。本文利用Fluent軟件對15°~70°共12種導(dǎo)風(fēng)板影響下的氣流場變化進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬,并且在烏蘭布和沙漠通過野外實(shí)測試驗(yàn)對15°~70°共12種角度導(dǎo)風(fēng)板以及8種配置模式縱列式導(dǎo)風(fēng)板組進(jìn)行研究,分析了導(dǎo)風(fēng)板以及導(dǎo)風(fēng)板組對過境氣流的影響效果及影響范圍,測定導(dǎo)風(fēng)板對板后輸沙量以及風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)的變化和冬季架設(shè)45°導(dǎo)風(fēng)板對沙丘形態(tài)的影響效果,并且對導(dǎo)風(fēng)板以及導(dǎo)風(fēng)板組的風(fēng)流場、風(fēng)速廓線的模擬試驗(yàn)和野外實(shí)測進(jìn)行對比分析,得出以下主要結(jié)論:(1)入射風(fēng)速對Fluent軟件所得氣流場中強(qiáng)風(fēng)區(qū)與弱風(fēng)區(qū)的相對范圍影響較小,但是對風(fēng)速影響程度較大。導(dǎo)風(fēng)板角度是決定導(dǎo)風(fēng)板對風(fēng)速影響程度的主要因素,隨著導(dǎo)風(fēng)板角度的增加出風(fēng)口處有效加速區(qū)范圍以及風(fēng)速都逐漸增大,但是坡頂處強(qiáng)風(fēng)區(qū)則規(guī)律相反。(2)烏蘭布和沙漠10m高沙丘坡頂處在地表10cm高度處起沙風(fēng)速約為3.32m/s,隨著迎風(fēng)坡的增加起沙風(fēng)速逐漸增大。(3)導(dǎo)風(fēng)板下方普遍存在一個(gè)低風(fēng)速區(qū),這一區(qū)域范圍隨導(dǎo)風(fēng)板角度的增加逐漸增大,但是大角度導(dǎo)風(fēng)板在出風(fēng)口處風(fēng)速高于小角度導(dǎo)風(fēng)板。導(dǎo)風(fēng)板主要加速效果一般體現(xiàn)于板后1.5m附近。當(dāng)入射風(fēng)速為2.28m/s時(shí),20°~45°導(dǎo)風(fēng)板可以使板后1.5m處風(fēng)速高于起沙風(fēng)速,25°導(dǎo)風(fēng)板、40°導(dǎo)風(fēng)板和45°導(dǎo)風(fēng)板對于板后3m處具有同樣效果、板后4.5m處具有同樣效果的導(dǎo)風(fēng)板角度為20°、25°、35°、40°、45°和60°。而對于板后兩側(cè),導(dǎo)風(fēng)板同樣具有一定的加速效果。(4)導(dǎo)風(fēng)板可以提高板后輸沙總量,30°~45°區(qū)間的中等角度導(dǎo)風(fēng)板對于輸沙率具有較高的提升效果。20°~50°的中小角度導(dǎo)風(fēng)板對于板后1.5m處輸沙率提升效果較高,而40°~60°的中等角度導(dǎo)風(fēng)板對于板后3m處輸沙率提升效果較高,在板后4.5m處則是25°~35°的小角度導(dǎo)風(fēng)板提升效果較高。輸沙率與高度的關(guān)系方程可以利用分段擬合的方法獲得,決定系數(shù)普遍在0.98以上。大部分導(dǎo)風(fēng)板在拉平區(qū)內(nèi)都可以保持氣流對地表沙物質(zhì)的搬運(yùn)狀態(tài),在本試驗(yàn)中,只有55°導(dǎo)風(fēng)板在板后3m與4.5m處風(fēng)沙流呈現(xiàn)堆積現(xiàn)象。45°導(dǎo)風(fēng)板在風(fēng)季對于沙丘形態(tài)可以產(chǎn)生明顯的影響,拉平區(qū)內(nèi)風(fēng)蝕現(xiàn)象明顯,而且在加速沙丘風(fēng)力拉平的同時(shí)還可以加快沙丘的移動(dòng)速度。(5)縱列式導(dǎo)風(fēng)板組在野外試驗(yàn)中并未能對風(fēng)速進(jìn)行逐級提升,小角度前板與小角度后板的組合方式對過境氣流可以產(chǎn)生一定的加速效果,但是對風(fēng)速的有效提升范圍僅僅局限于前板出風(fēng)口處、前板后側(cè)以及坡頂處。大角度后板雖然在拉平區(qū)內(nèi)風(fēng)速高于與小角度后板,但是仍然低于對照處。(6)單導(dǎo)風(fēng)板與導(dǎo)風(fēng)板組的流場實(shí)測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果具有較高的相似性,風(fēng)速廓線也有較高的吻合程度,由此認(rèn)為Fluent軟件對于導(dǎo)風(fēng)板的模擬精度較高,說明利用數(shù)值模擬對導(dǎo)風(fēng)板組野外布設(shè)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)具有較高的可靠性,可以針對不同的工作環(huán)境對導(dǎo)風(fēng)板進(jìn)行多種組合模擬,探尋最適宜的鋪設(shè)方式?？傊?合理布設(shè)導(dǎo)風(fēng)板可以有效的提升風(fēng)速,能夠快速達(dá)到拉平及移動(dòng)沙丘的目的,即使實(shí)在弱風(fēng)環(huán)境下,若通過合理布設(shè)導(dǎo)風(fēng)板也