原文传递
基于CFD数值模拟的沙漠腹地高速公路风沙流场特征研究
| 论文题名： | 基于CFD数值模拟的沙漠腹地高速公路风沙流场特征研究 |
| 关键词： | 沙漠腹地;高速公路;风沙两相流;气流场速度;积沙特征 |
| 摘要： | 中国沙漠面积广阔，大约占到国土面积的七分之一，主要分布在西北地区。风沙两相流是沙漠地区较为常见的一种气固两相流体，其运动特征十分复杂，是引起沙漠地区沙害最主要的一种原因，同时将引发许多相关的交通安全问题。目前对于沙漠交通的研究成果主要集中在沙漠铁路防风治沙的角度，而对于沙漠高速公路路基断面对风沙流场影响的研究较少，相关公路设计规范给予断面形式建议也存在着争议。 为完善现阶段国内对沙漠地区高速公路风沙流问题的研究，本文在收集了大量相关文献资料的基础上，通过实地采集野外气象数据和数值模拟的仿真方法，结合中国沙漠公路设计规范和沙丘形态特征，模拟不同类型路基断面的沙漠高速公路风沙流场，并对气流场速度与积沙特征进行研究。本文的主要研究内容与结论如下: 1.根据《地面气象观测规范》野外数据采集方法以及航空倾斜摄影测绘原理，通过定点架设全自动气象仪监测技术和倾斜摄影技术，得到腾格里沙漠研究区域气象因子和沙丘形态特征分布。结果表明:该区域年最大风速为16.3m/s，以西北风、正东风、正南风为主导风向，沙丘高度分布主要集中在6～10m，主导风向坡度分布主要为1∶4～1∶6之间的缓坡; 2.通过野外沙丘风速试验与数值模拟结合的方法，确定并验证了基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)理论的欧拉气固两相流风沙数值模拟方法的适用性。结果表明:该方法计算结果最大误差为7％; 3.基于CFD数值模拟方法，对沙漠高速公路不同坡率、高度的填、挖方路基风沙流场进行仿真模拟，得到不同断面形式路基风沙流场特征。结果表明:不同坡率和高度的填、挖方路基气流场速度分布与沙粒体积浓度分布变化趋势基本一致;填方路基坡度越陡、高度越高，积沙与风蚀情况越严重;挖方路基坡度越陡、深度越深，积沙与风蚀情况越严重; 4.结合乌玛高速公路工程实例，对沙漠高速公路相关断面进行数值模拟与野外实地调研，分析不同断面的风沙流场特征。分析结果表明:背风侧坡脚与坡面出现不同程度积沙，路肩及路面遭受不同程度的风蚀作用，坡度1∶5的路基积沙最少、风蚀情况最轻，在坡度1∶3路肩位置加强日常维护。 本文的研究成果能够为沙漠腹地高速公路断面设计提供参考依据，并对类似的工程有一定的指导作用。 |
| 作者： | 喻国根 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 惠迎新;贾小龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 宁夏大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
