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基于Fluent的风沙流数值模拟及防风挡沙墙参数优化
| 论文题名： | 基于Fluent的风沙流数值模拟及防风挡沙墙参数优化 |
| 关键词： | 高速铁路;Fluent软件;风沙两相流;防风挡风墙;风速廓线;数值模拟 |
| 摘要： | 本文利用Fluent软件对风沙流通过高立式防风挡沙墙以及路堤的整个过程进行了数值模拟，通过调整墙体的结构尺寸参数来评价保护区内气流的减速效应以及沙粒的阻挡效应，为防风挡沙墙的参数优化提供较为全面数值模拟背景的定性或者定量的技术依据，对野外的测量结果进行补充，保证铁路在强风下的荒漠环境运行，这对铁路的安全运营有着比较重要的意义。主要的研究成果有: (1)流场中的障碍物，包括路堤及防风挡沙墙等能够明显的改变气流的分布。障碍物对气流的阻碍使得气流在其附近进行分区，主要形成了遇阻抬升区、集流加速区、减速沉降区以及恢复区等。 (2)从时间的发展角度来说，风沙流在流经沙床的某一断面时，随气流共同运动的沙粒随着时间的推移会经过“补充→过饱和→消耗→动态平衡”的过程。动态平衡之后沙粒体积分数在近地面随着高度的分布满足指数规律递减。相较于粗粒径沙粒，细粒径的沙粒的体积分数沿高度分布都比较高。而粗粒径组的沙粒由于重力影响主要在沙床表面进行蠕移运动，因而只有很少的沙粒加入上层的风沙流运动。 (3)路堤边坡六棱砖的平均风蚀深度，从坡顶至坡脚总体上呈现出逐渐降低的趋势;由于迎风坡比背风坡风速大，因而迎风坡六棱砖的风蚀深度整体上比背风坡更深;对于某一块六棱砖来说，位于六棱砖最上侧的两个顶点风蚀最为严重，而位于六棱砖最下侧的两个顶点几乎没有风蚀现象。 (4)防风挡沙墙背风侧输沙率沿水平方向的分布总体上趋势相同，其分布特征与风速的分布特征相呼应，充分的体现了风沙流中气流与沙粒相互耦合的这一特性。 (5)位于路堤迎风侧的密实性挡风墙以及路堤外侧的具有一定孔隙度的高立式沙障，两种类型的防护措施结构不同，前者的防风效益较好，适合布设在路堤路肩处;后者的阻沙效益较好，同时能够保证较长的有效的防风距离，适合布设在路堤的外侧。因此，两种类型的高立式防护措施各有优劣，其参数的选择需要根据保护的对象结合野外的实际情况进行合理的选择。 |
| 作者： | 杜云乡 |
| 专业： | 地质工程 |
| 导师： | 刘世海 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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