风沙流中沙粒速度分布的实验研究

采用相位多普勒粒子分析仪（phase Doppler particle analyzer,PDPA）测量了风沙两相流动中沙床面上沙粒碰撞和起跳速度概率分布以及不同高度处沙粒速度概率分布．结果表明,沙床面上沙粒碰撞和起跳速度概率分布均可用对数正态分布函数描述,碰撞和起跳角度均可用指数分布函数描述．沙粒平均碰撞角度为28°-39°,平均起跳角度为30°～44°,平均起跳速度为平均碰撞速度的0．81～0．9倍,向后碰撞沙粒占总碰撞沙粒的比例为0．05～0．11,向后起跳沙粒占总起跳沙粒的比例为0．04—0．13．沙粒水平速度概率分布在4mm高度处表现为正偏斜类型,在20mm高度处沙粒水平速度的变化范围更加广泛,在80mm高度处沙粒水平速度变化范围小于20mm高度处的变化范围．沙粒垂直速度概率分布在不同高度处均可表示为正态分布函数．     

欧拉颗粒流模型下的近床面风沙跃移速度分布特征

风沙运动中沙粒速度是风沙物理学研究的重要内容,为反映风沙流运动中沙粒相浓度变化及沙粒的速度分布,从多相流的角度出发,运用二维欧拉颗粒两相流模型对风沙的流动过程进行模拟.通过对比实验中沙粒的体积浓度随高度的变化,验证了模型的准确性,并在此基础上对沙相的运动信息进行统计分析,得到近床面风沙流的沙相速度分布.统计结果表明:在...     

跃移层中沙粒浓度分布特征的研究

对于不同的沙粒起跳初速度分布函数，利用数值方法模拟了沙粒浓度沿高程的分布规律，发现风沙强度沿高程具有“递增－饱和－衰减”的按层分布的规律，进一步详细研究了影响风沙流结构的主要因素，如风速分布、地表粗糙度、沙粒粒径等对风沙流结构的影响方式和规律。     

风沙流中沙粒冲击速度的分布函数

根据风沙流通量和速度随高度的变化推导出了风沙流中沙粒冲击速度的分布函数,与以往建立的风沙流中起跃沙粒垂直初速度的分布函数稍有不同。用最新引进的粒子动态分析仪对53000多个沙粒冲击速度的风洞验证结果表明,所建立的冲击速度的分布函数与风洞实验结果吻合得相当好,80％以上的拟合相关系数大于0.95。     

风沙流中风速脉动的实验测量

在风洞中测量了四种风速条件下净风与挟沙风的速度脉动，发现沙粒运动削弱了平均流速而增加了脉动流速，并且不改变流速脉动的分布规律，挟沙风的脉动速度不再像净风那样随高度增加而单调减小，而是在床面附近变化不大，接着出现极大值，随后依高度增大又趋于减小；也不像净风那样随平均风速的增大而减小，而是先增大后减小，存在极大值。     

近床面风沙输移风洞实验的光学测量研究进展

 近床面风沙输移是一个复杂的多尺度非线性随机过程,一直以来都是风沙物理学领域持续关注的热点问题,对此过程的准确测量则变得尤为关键。本文回顾了近年来针对近床面风沙输移风洞实验的光学测量技术,主要包括激光测速、高速摄影及一些新兴手段,并简要评价了其特点和适用性。最后,对目前存在的问题及未来的发展趋势进行了探讨。     

风沙流中沙粒相输移的测量

在风洞内对风沙流中运动沙粒进行了粒子图像速度场（PIV）测量，通过调整进光量和降噪处理得到了满意的PIV图像与沙粒相的速度场．结果表明颗粒在空中的运动受到球形度、风速的影响：在1m／s来流风速下，在固定点处50～63μm沉降沙粒的垂向速度随时间的变化出现双峰性，其时均值抹平了瞬时速度的波动；随着风速的增大，沙粒受气流脉动作用的影响越发显著，当来流风速增大到3．5m／s时，观察域内的63～80μm沙粒处于悬移状态；当来流风速为5m／s时，整个测量流场内沙粒的垂向速度的平均值为正值，方向向上．采用图像处理的数字掩码技术，处理图像得到了沙粒在流场中的面密度以及单宽输沙率．分析指出实验的误差主要是由沙粒的粒径尺寸和沙粒图像形心位置的不确定性所造成，且提出减小误差的措施．     

塔克拉玛干沙漠平坦沙地风沙流结构的空间差异性研究

利用高频率全自动集沙仪,于2015年4月28日至2015年7月30日在塔克拉玛干沙漠腹地平坦流动沙地开展了风沙流的空间观测,分析了该地区平坦沙地风沙流结构的空间差异性.结果表明:(1)4次天气过程4组集沙仪风沙流结构都符合幂函数分布,但是4组集沙仪同一高度的输沙率和输沙量以及总水平输沙量差异较大.4次天气过程中,25cm高度平均输沙量在3.31~5.35g之间,随着高度增加,平均输沙量差异性呈现减小趋势,100cm高度时平均输沙量在0.22~0.49g之间;4次天气过程中,4组集沙仪平均总沙尘水平通量在1.22~233.47kg/m之间.风沙流的不均匀性是造成此现象的主要原因.(2)采样频率对风沙流结构没有影响,5min以后风沙流结构基本稳定.     

风沙流中基于宏观颗粒模型的沙粒浓度分布

风沙侵蚀是造成土地沙化和干旱区地貌的主要原因,其中沙粒的浓度分布是研究输沙量、颗粒碰撞、风沙流结构等特征的主要影响因素,也是了解颗粒碰撞过程和风沙两相流耦合过程的重要研究内容。为了考虑沙粒与气流的力平衡、阻力和扭矩的变化、碰撞及摩擦等影响,运用了一种新的宏观颗粒模型(macroscopic particle model, MPM)研究沙粒在气流中的运动。与前人研究结果进行比较后发现,宏观颗粒模型在不需要任何附加模型的前提下,能实现风沙两相耦合的准直接数值模拟,根据沙粒运动速度云图所示的风沙流运动状态的不同,沙粒浓度的垂向分布会出现结论不一致的现象。颗粒流系统的内在非线性是造成风沙流运动状态不均匀、不一致的主要因素。数值模拟结果表明,利用MPM模型中的离散颗粒追踪、颗粒速度和位置等信息能够研究多相流条件下的风沙运动机理。     

风-沙-电多场耦合模型及其对风沙流结构的影响

基于点电荷电场的基本理论,建立了风场-沙粒运动-风沙电场(风-沙-电)相互作用的多场耦合理论模型,给出了风沙电场沿高度的分布规律,即:风沙电场在近地层一般为正电场,电场强度随高度的增加而迅速下降;在10～20 cm附近风沙电场由正电场变为负电场;随后,风沙电场强度的绝对值随高度的增加由小变大,在达到某一极值后,电场强度的绝对值随高度减小,最后趋于晴天电场.此外,还研究了风沙电的多场耦合作用及风沙电场强度对风沙流结构的影响.     

形状因素对风沙跃移影响的数值研究

目的研究沙粒形状因素对沙粒跃移的影响。方法采用两类形状系数对阻力系数加以修正,进行了沙粒跃移的数值模拟。结果获得了形状系数修正后的模拟结果,并对比分析了其与采用球形假设的模拟结果以及真实沙粒跃移轨迹的高速摄影实验结果之间的差异。结论沙粒形状因素对沙粒跃移的影响是不能忽略的。当粒径>160μm时,两种修正方法得到的计算结果与实验轨迹基本一致,而当粒径≤160μm时,采用基于颗粒阻力的形状系数,将沙粒转化为球形的修正方法得到结果更接近实际。     

风沙电多场耦合中沙粒跃移运动的受力分析

基于风沙电多场耦合跃移运动的理论模型,通过对稳定风沙运动的数值模拟,将沙粒在运动过程中所受各种作用力,如空气阻力、Magnus力、Saffman力、静电力与重力进行了对比研究,讨论了沙粒所受各种作用力随摩阻风速、沙粒粒径、沙粒初始旋转角速度和初始起跳速度的变化规律．     

风成沙波纹的离散粒子追踪法模拟

基于所提出的离散粒子追踪法对风成沙波纹的发展过程实现了计算机模拟. 与现有模拟沙波纹的方法不同的是, 该方法同时考虑了与真实沙波纹形成相关的3个主要因素, 即不同粒径的众多沙粒在沙床上方所形成的风沙流、风沙流中沙粒对沙床的碰撞以及碰撞后沙粒的反弹或溅起、沙粒在床面上方的跃移和在床面的蠕移. 由该方法能够成功模拟出与真实沙波纹基本一致的形成过程、几何形状和特征、分层迭片结构和移动速度以及沙波纹出现和消失的临界摩阻风速.     

输沙量对海岸沙丘表面风沙流中不同粒径沙粒垂向分布的影响

 在我国海岸沙丘的典型分布区河北昌黎黄金海 岸,对不同输沙量下海岸沙丘表面风沙流中不同粒径组沙粒垂向分布的变化进行了野外观测。结果表明,在风速相近、物质组成一 致和下垫面性质相同情况下,随着风沙流总输沙量的增加,在非均匀沙床面上不同粒径组沙粒的垂向分布呈现出了不同的变化特点 。其中,随总输沙量增加粗沙输沙量总量并无增加,其输沙量下层减少、中层增加、上层减少,垂向分布转变为典型负幂函数模式 ;中沙在不同高度的绝对输沙量均有增加,相对输沙量下层（0~4 cm）减少、上层（4~60 cm）增加或基本持平,其垂向分布基本 符合指数递减规律,尤其是在0~60 cm高度内的分布随总输沙量的增加由负幂函数转变为指数函数;细沙输沙量总量和不同高度的 输沙量均有不同程度的增加,相对输沙量下层（0~6 cm）减少、上层（6~60 cm）基本持平或增加,垂向分布符合典型的指数函数 布模式。究其原因,主要应与不同风速气流的携沙极限以及不同粒径组沙粒的运动方式密切相关。     

对返回抑制的事件相关电位研究及注意动量流假说

应用事件相关电位(ERP)研究返回抑制(IOR).返回抑制是指当提示和靶出现之间时间间隔延长到一定量,提示不仅不会使对靶的反应易化,反而受到抑制的现象.本实验希望探究IOR的神经机制.实验结果显示IOR效应有明显的P1和N1波出现,且易化使P1波幅增大,N1波幅减小,抑制使P1波幅减小,使N1波幅增大.这提示P1和N1波幅代表不同的神经机制.基于ERP结果及先前对IOR的注意理论解释,提出注意动量流惯性的假说,它能较好地说明IOR的ERP效应.     

石墨晶体中电子动量分布的各向异性研究

测量了石墨和纳米碳样品沿不同方向的正电子湮没辐射Doppler展宽谱,研究样品中电子动量分布.结果表明,纳米碳样品的缺陷浓度高于石墨;石墨中自由电子的平均动量高于纳米碳.石墨晶体中的自由电子动量分布表现出显著的各向异性: 沿石墨晶体的[0001]方向的自由电子(即2Pz电子)的动量最大;偏离该方向越大,自由电子的动量越小;垂直于[0001]方向的自由电子的动量最小.而且,Doppler展宽谱的S参数与cos2θ呈线性关系(θ是石墨[0001] 晶向与探头方向的夹角);而纳米碳中自由电子动量的分布不存在明显的各向异性.     

风沙流中气固两相速度场的PIV-PLIF测量

结合粒子图像测速技术与平面激光诱导荧光法,对风沙流中气固两相的速度场同时进行了测量.实验采用罗丹明B溶液作荧光剂,通过超声雾化方式产生平均直径为2 μm的气相荧光示踪粒子.使用两组滤镜分别过滤荧光(橙色)与激光(绿色),通过两个CCD相机分别获得气固两相示踪粒子图像对.采用互相关算法及相应的图像处理方法进行后处理,从而获得两相的速度场.结果显示:风沙流两相的速度廓线在上部均满足对数分布;随着高度的降低,在床面附近风速梯度单调递减,风速廓线下凹,而沙粒与风场不断交换动量,相应地沙粒相速度廓线也会出现向下的偏离;6组沙样的速度廓线发生偏离的高度基本一致;沙粒粒径不仅影响沙粒本身的运动速度,同时对气相风场也有一定的影响.     

垂直激波加速中粒子动量变化的数值模拟研究

利用测试粒子数值模拟的方法统计研究了电子在垂直激波附近每次穿越过程中的动量增量随粒子速度的变化规律.模拟采用的磁场模型是由均匀的背景磁场和"slab+2D"形式的三维湍流磁场叠加构成的.数值结果表明,粒子穿越激波面前后的相对动量变化和粒子动量的相对变化率均随速度的增加而减小,当速度大于2×10~8m/s时,粒子动量的相对变化率随速度呈现更加显著的衰减趋势,明显反映出相对论参数γ=1/■所引起的物理效应.模拟结果在较大的湍流强度范围内都与理论给出的变化关系较为一致.     

用分形理论计算高能多重产生中粒子动量分布的维数

用推广的分维计算式计算在高能质子 反质子碰撞中产生的末态粒子动量分布的维数，在质心系能量Ｓ＝５４０ＧｅＶ下，求得中心区的分维数是二维的     

垂直管流中食品颗粒速度分布的实验研究

用数码录像方法对颗粒的轴向速度和径向位置进行了测量，获得了单个颗粒在垂直管流中的速度分布。考虑到非球形颗粒和数甲基纤维素(CMC)溶液的非牛顿性，对有关文献中颗粒阻力系数计算的关系式做了修正。理论计算结果与实验滑移速度比较表明，在靠近管道轴线的径向位置模型的计算与实验结果很接近。同时，讨论了颗粒尺寸和流体流量对颗粒速度分布的影响。