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Arid
曲线沙障阻沙机理及埋设装备试验研究
郑威强
出版年2018
学位类型博士
导师李海涛
学位授予单位中国农业大学
中文摘要沙障是沙漠中一种有效的防沙治沙的手段,机械沙障主要通过增加沙地表面粗糙度来实现降低风速,地表面粗糙度变大则会导致沙粒的跃距变小,落地时的动能减小,减弱风蚀,从而达到防风固沙的目的。针对我国西部地区沙漠化成因的分布的广袤的特点、类型的多样性、借鉴已有相关成果的基础上对风向无规则的沙漠区域及风沙流动的复杂性提出采用曲线沙障,利用惯性力和离心力双原理和重力沉降Stokes定律,借助颗粒离散元EDEM软件对不同单个和组合式曲线沙障的阻沙机理进行研究,并利用CFD流体软件Fluent,选用laminar层流模型方程和κ-ε湍流模型,对不同曲线沙障进行阻沙效果的应用研究,最终得出阻沙效果最优的曲线沙障相关参数,并通过室内和实地实验对研究结果进行了的验证,为曲线沙障埋设装备关键部件的设计研究提供了条件。主要研究内容如下:(1)在对阻沙原理进行研究的基础上,借助颗粒离散元EDEM软件对单个沙粒碰撞单个不同曲线沙障的内外壁,多个沙粒碰撞单个曲线沙障的内外壁和多个沙粒碰撞组合式曲线沙障的阻沙机理进行研究得出:在单个沙粒碰撞不同曲线沙障外壁的过程中速度均呈减小趋势,速度变化量最大的是圆环沙障;在单个沙粒碰撞曲线沙障内壁的过程中速度均呈逐渐减小趋势,圆环效果略好于椭圆;在多个沙粒撞击封闭式曲线组合式沙障内壁、外壁和内外壁过程中,平均速度呈逐渐减小趋势,圆环效果最好;在多个沙粒碰撞开式曲线组合沙障过程中,沙粒平均速度都呈减小趋势,组合半圆环形沙障是速度最小的;在多个沙粒的碰撞开式曲线组合沙障过程中,最后排的碰撞次数随时间都在增大,直线组合沙障增大明显,半椭圆形组合沙障的增大次之,半圆环形组合沙障最终的碰撞次数是增大最少的。(2)在对阻沙机理进行研究的基础上,利用Fluent流体软件对风沙气固两相流中风沙通过不同曲线沙障的风速进行研究得出:在单个非封闭式曲线沙障阻沙过程中,半圆环沙障平均降速最明显,随着高度增加速度增加,在沙障后10m处半椭圆形沙障和半圆环沙障风速降低比直线沙障幅度大,且风速降低区域比直线沙障大;在组合非封闭式曲线沙障阻沙过程中,三种组合沙障在同样直线投影面积下,半椭圆实际阻风面积最大,半圆形沙障组合沙障效果最好,次之是半椭圆组合沙障和直线组合沙障;单个闭式沙障阻沙过程中,在同样条件下,螺旋形沙障阻风效果最好,次之是圆环形沙障和椭圆形沙障;闭式组合曲线沙障阻沙过程中,三种组合沙障在同样条件下,组合圆环沙障阻风效果最好,沙障后不同高度风速比入口风速减小了30%-58.3%。(3)研制阻沙试验台进行曲线沙障室内阻沙试验,对前期研究结果进行验证,试验表明:组合式圆环形沙障在阻沙过程中,在B=d时,在h=12mm时风速减小了 48.8%,最后排拦沙量减少了 37%,风速在30%-58.3%范围内,与前期研究结论一致;组合式半圆环形沙障在B=d时,在h=12mm时,沙障前后风速的减小了 51.6%,最后排拦沙量减少了 36.1%;进行曲线沙障实地埋设试验,通过半年,组合圆环形沙障沙粒拦截效果较好,阻沙效果明显。(4)研制曲线沙障埋设装备关键机构,进行了实地验证,结果表明在一定的牵引力作用下该机构保证了开沟深度和开沟宽度,验证了曲线沙障阻沙理论的的正确性,方案的可行性。
中文关键词曲线沙障 ; 碰撞次数 ; 离心力 ; 阻沙特性 ; 模拟分析
语种中文
国家中国
URLhttp://kns.cnki.net/kns/detail/detail.aspx?FileName=1018069374.nh&DbName=CDFD2018
来源机构中国农业大学
资源类型学位论文
条目标识符http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/257980
推荐引用方式
GB/T 7714		 郑威强. 曲线沙障阻沙机理及埋设装备试验研究[D]. 中国农业大学,2018.
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