风洞实验方法在沙漠学研究中的应用

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1、.s.VolZN04第2卷第4期地理研究.,Dee19831983年12月GEDGRAPHICALRESEARCH来风洞实验方法在沙漠学研究中的应用贺大灵刘贤万(中国科学院兰州沙漠研究所)提要、风雪流工程等的模拟实验研究表,,风沙运动和防治风沙明风洞实验技术应用于沙漠学研究中进、,,。行半定量定量的测量可以提高研究水平更好地解决生产实践任务。,世界上建成第一个风洞至今已有一百多年的历史百年来风洞实验技术由为航空和军,逐步发展为。事服务广泛应用于许多学科领域的一门新的实验科学风工程学只要是有关,;—。风的问题都可以用风洞实验来

2、进行研究沙漠科学中有很多课题与风有密切关系早在本世....,RABag〔1〕WSCheP“〕纪四十年代noldil[等人就开始利用风洞进行风沙运动的实验研..;AH〔3〕,究3HAMEHCKHn还专门设计和建造了沙风洞开始了将空气动力学的理论和方法用于研究风沙现象的新阶段。,为使我国的沙漠学研究得到先进实验手段的武装在已故中国科学竺可祯副院长的关,1怀和支持下于959年开始在地理研究所筹建沙风洞冰川冻土沙漠研究所,,。,成立后1963年沙风洞在兰州建成投入使用沙风霜军蘸韶吹气式低速风洞全.。1x6。2;长3778米(图1)矩

3、形横断面面积00厘米风向基本平直速从2米/秒到40米/秒.。.;,,连续可调紊流强度在04%以下实验段长1623米四壁平滑由多层胶合板和坡璃窗构。;。;;成实验段前部设有供沙装置中部设一360转盘以模拟风向改变后部尚有三节沙,。槽装有衡量磅秤卜口,-一!一一一/声——一—一—一一收缩段实验段扩散段一—进气口整流段//图1沙风洞结构纵剖面示意图.F191outlineofthewindtunnel,。本文1982年5月4日收到1983年4月11日收到修改稿、、、、、。参加风洞实验研究的还有吴正凌裕泉邹桂香李长治高有广陈福生等同

4、志地理研究2卷,,、,沙风洞建成后进行了风沙运动铁路公路风沙防治风雪流工程的模拟试验等实验,,。,研究得到了某些规律性的认识也解决了一些生产问题本文就近年来试验的某些结果。对风洞实验技术在沙漠研究中的应用作一些探讨、一相似条件与实验方法有〔3〕,关风沙物理学的研究内容及某些可以道接置于风洞内试验的工程实物(原型),。,可采用天然沙(原型沙)在风洞中做实验而不考虑模型律但多数工程都要涉及到相似问。,。题风洞模拟实验的可靠性决定于实验条件与野外实际情况的相似性要使模型实验与自然,〔4〕:、。现象完全相似必须满足三个条件儿何相似运

5、动相似和动力相似但是要做到。,沙这一点却是很困难的如风沙工程的几何相似耍求模型缩小多少倍粒也要相应缩小多少。..,,倍而实际上沙粒的粒径很小(在1。一。05毫米的范围内)据实验很细的颗粒(临界.,;拉径约为。08毫米)由于受附面层的掩护和表面吸附水膜粘着力的作用不易起动即使受外力,。;起动运动性质也将发生变化沙粒在风力作用下主要是贴近地面的跃移运动当拉径.〔‘肠,,,缩小到小于毫米后就成了粉尘粉尘的自由沉速小一旦起动其运动形式就变成随风悬浮〔5〕。,。,状态这样一来往往会带来物理过程的改变这种模型实验当然不能正确地反。,。映

6、原来的白然过程因此常常不得不用原型沙做模型实验而用原型沙就加进了不完全相似的,。因素产生了与模型不成比例的畸变鉴于风沙_L程问题的完全相似模拟不可能,只有采用近。似相似的方法如(1)增大模;,型尺寸以减少因不完全相似而带来的议差(之)采用系列模型法用不同比例尺的模型进行,。,实验将实验结果外推到野外实际中去由于室内实验不可能作到完全相似总会给实验结果,,。带来某些歪曲因此决不可忽视野外工作实践才是检验其理的唯一标准只有两者互相比,,。较互相补充才能得出相对正确的结果来,我们主在无沙情况下要考虑模型尺度上的儿何相似和气流的运动

7、相似(模型与实物的。,,流场及运动速度场成几何相似)由于我们所试验的工程模型多是具有棱角转折的物体“,。只要风洞的雷诺数足够大(1。以上)就可达到与雷诺数无关的自模拟区如我国兰新线和,;,南疆铁路部分路段穿过特大风区经常影响列车安全运行为防止大风吹翻列车在风。,,洞里做了翻车临界风速的模拟实验在实验中制作1/5。和1/10两种车厢模型采用表压分布,一法实测;,l廿风作用在车厢模型各部位上的压力然后将此压力与已知的车厢重力抗衡从中。‘,应:计算{叫忿界风速达里起主导作用的是防险力和粘性力满足雷诺数守恒LV二二常数,。,车厢模型

8、用人字形棚顶因而附面层的分离始终发生在棱角的转折处从实验的结果可见一。无论何种,,〔“〕,模型也无论多大风速压力系数均很好地致这样不但使问题大大简化,。、了而且加强了实验的可靠性使实验结果可以方便地直接外推到任何尺寸任何风速下的,。车厢原型而不必经过换算4、:期贺大良刘贤万风洞突验方法在沙