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粗糙床面风廓线的转折特征及其物理意义

作者：梅凡民,江姗姗,王涛   出版商：中国沙漠   出版日期：2010 年 3 月
摘  要：为了进一步认识粗糙床面空气动力学粗糙度的物理意义,理解空气动力学粗糙度对动量传递和跃移起动的影响机制,从风洞试验测定的粗糙床面风廓线转折特征入手,分析了粗糙床面的空气动力学性质并提出了内边界层动量传递及近壁区沙粒起动的可能机制。结果表明,细高粗糙元(方向比率在4~20之间)和孔隙粗糙元(孔隙度在0115~0175)风廓线呈现4个转折段,对应的湍流垂直分层为近壁区-尾涡层(Z[0115H~015H)、内边界层-尾涡层过渡层(0115H[Z[0175H)、内边界层(013H~0175H[Z[112H~6H)和内边界层与外边界层过渡层等。粗矮粗糙元(粗糙元的方向比率在014~1125之间)风廓线存在几个转折段,对应气流垂直分层为近壁区-尾涡层(Z[1H~115H)和内边界层(1H~115H[Z[7H~35H)等。细高粗糙元和孔隙粗糙元覆21组床面(侧影盖度在01007~0150,粗糙元的高度在10~100 mm)的内边界层内空气动力学粗糙度在0107~30174 mm之间,比内边界层以上或以下过渡层的空气动力学粗糙度高几个数量级到数倍;内边界层摩阻风速的0150~1166m#s-1之间,是内边界层以下过渡层的115~10倍、内边界层以上过渡层的摩阻风速的111~218倍。内边界层的空气动力学粗糙度和摩阻风速分别代表了粗糙床面对气流阻力特征和湍流切应力。内边界层以下过渡层湍流切应力与粗糙元之间光滑地表所受切应力关系不大,而近壁层切应力与光滑地表所受切应力直接相关。近壁层猝发过程上抛运动和内边界层湍流猝发过程下扫运动耦合关系是内边界层的一部分动量传递到近壁区并导致沙粒起动的可能机制。
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