1。2。3 沙丘数值模拟 3

1。3 本文研究的内容与采用的方法 3

2  风沙两相流的特性及数学模型 4

2。1  沙粒的运动特性和物性参数 4

2。1。1 沙粒的运动形式 4

2。1。2 风沙两相流中沙粒的物性参数 4

2。1。3 沙粒的受力情况 5

2。2  风沙流的结构 6

2。2。1 输沙率 6

2。2。2 风沙流浓度随高度的变化规律 6

2。3 流场的数学模型 7

2。3。1 质量守恒方程 7

2。3。2 动量守恒方程 8

2。3。3 湍流模型的引入 8

2。3。4 辐射模型 9

2。4  多相流数值模拟 11

2。4。1 风沙流数学模型的建立 11

2。4。2 软件中的多相流数值处理方法 12

2。5  本章小结 14

3  沙尘天气下车辆的数值模拟 14

3。1  引言 14

3。2 车辆模型的风沙数值模拟 15

3。2。1 几何模型的建立 15

3。2。2 FLUENT 网格的划分 15

3。3。3 各相参数及边界条件的设定 16

3。3。4 求解参数的设定 17

3。3 本章小结 17

4  数值计算的结果与对比分析 17

4。1 排气热流场特征 17

4。1。1 流场中有无沙粒相的结果 17

4。1。2 进口风速不同的结果 18

4。1。3 风沙流进口在不同位置时的结果 19

4。2 风沙流流场特征 19

4。2。1 沙粒体积分数的分布 19

4。2。2 混合流场速度矢量的分布 20

第 II  页 本科毕业设计说明书

4。3 车面温度的变化 21

4。3。1 沙粒相对车面温度的影响 21

4。3。2 不同时刻的结果 22

结 论 23

致 谢 24

参 考 文 献 25

1  绪论

1。1 课题研究背景

本科毕业设计说明书 第 1  页

沙尘暴(sand duststorm)是沙暴(sandstorm)和尘暴(duststorm) 两者兼有的总称，是指强 风把地面大量沙尘物质吹起并卷入空中，使空气特别混浊，水平能见度小于一千米的严重风 沙天气现象。沙暴与尘暴的组成和空间分布是不同的，沙暴是近地层上随风运动的沙粒，尘 暴则是在高空中随风运动的尘埃物质。我国是全球沙尘暴高发区之一，从 1990 年至今我国只 特大沙尘暴天气就有 20 余次，并且沙尘暴的规模越来越大，发生频率也越来越高[1]。2002 年， 北京遭遇特大沙尘暴的侵袭，此次沙暴前后到达北京两次，总共持续时间过百小时，北京的 总降尘量高达 3 万吨。这次沙暴涉及范围之广，持续时间之长，造成损失之多，在我国历年 沙尘天气的统计中都是极为罕见的。随着经济和文化的飞速发展，面对频发的沙尘天气，保 护人们的社会活动不受沙尘天气的影响，减少经济损失，就显得十分迫切。但是关于风沙运 动的直接研究还存在诸多困难，观测数据也不全面，对于沙尘暴中沙粒的粒径、浓度、速度 等特征把握不准确，因此，采用三维建模来数值模拟沙尘运动逐渐被人们接受，并成为研究 风沙运动的重要手段。