风吹雪廓线的实验研究

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1、风吹雪廓线的风洞实验研究1)吕晓辉，黄宁H郭磊，李广(西部灾害与环境力学教仔部重点实验室，兰州大学土木工程与力学学院，兰州大学，甘潇兰州730000)摘要：利川风洞实验对风雪运动进行研究时多使用人造雪，压实雪，它们与天然雪在力学和物理性质上有很大差别。木文利用颗粒图像测速仪(PIV)对新雪形成的风吹雪进行风洞实验，给出了不同高度处雪粒粒径分布函数形式以及平均粒径廓线、雪粒数通量廓线的分布规律。当摩阻风速人于0.5m/s时单宽输雪率与縻阻风速满足指数两数的关系，小于0.5m/s时两者满足幕函数的关系，总体而言，单宽输雪率与摩阻风速呈线性关系。关键词：风洞实验，粒径分布，雪粒数通量，单•宽

2、输雪率，PIV中图分类号：0359+.2文献标识码：A文章编号：WINDTUNNELSTUDYOFVERTICALPROFILEOFDRIFTINGSNOW1}LUXiaohui,HUANGNing2),GUOLei,LIGuang(KeyLaboratoryofNleachanicsonDisasterandEnvironmentinWesternChina,TheMinistry^ofEducationofChina.LanzhouUniversity.GansuLanzhou.73000().China)Abstract:Previouswindtunnelexperiments

3、ondriftingsnowusuallyusedartificialorcompactedsnowasasubstitutefornaturalsnow,whichhasalargerdifferencebetweenphysicalandmechanicspropertieswithnaturalsnow.Inthispaper,wcinvestigatethemovementoffreshsnowthatincludesthedistributionsofsnowsizeatdifferentheight,andverticalprofileofmeanparticlesizea

4、ndsnowparticlenumberfluxbyParticleImageVelocimetry(PIV).Snowtransportratecanbeexpressedasanexponentialflinctionofhighfrictionvelocity(w«>0.5m/s)?andpowerfunctionatlowfrictionvelocity(w*<0.5m/s).Overall,Transportratelinearincreasingwithfrictionvelocity.Keywords:Windtunnel,Distributionofparticlesi

5、ze,Snowparticlenumberflux,Transportrate,ParticleImageVelocimetry(PIV)引言在冬季，风吹雪是北方大部分国家和地区常见的自然灾害之一。在道路运输方面，风吹雪引起能见度卜•降和道路积雪，阻碍交通甚至引发交通事故。在山区，风吹雪是形成雪崩的重要因素z—,破坏基础设施和危害人类生命安全。此外，风吹雪对于草原地区雪水当量的输运具冇重要的作川。因此，风吹雪的研究对经济建设具有重要的意义。为寻求预防风吹雪引发灾害的方法，许多学者对风吹雪的基本物理性质进行了研究，如雪粒的起动、风吹雪结构、雪粒的输运与沉积等，其屮风吹雪结构是风吹雪研究的

6、基础问题。风吹雪结构由跃移层和悬移层组成。跃移层是雪粒运动的主要组成部分，高度般在10cm以下1铁诸多研究人员利用传统的集雪仪对风吹雪的水平通虽少风速之间的关系进行研究〔141,由于跃移层的高度一般在10cm以卜，使丿IJ传统的集雪仪测量输雪量时，受制于实验条件的限制和集雪仪集雪效率的影响，想得到近地面层的准确集雪量比较困难。Schmidt⑸利用雪颗粒计数仪(SnowParticleCounter,简称SPC)对风吹雪中雪粒数，粒径和速度进行测量。但是SPC的光线在取样区间不稳定,测量结呆与实际结果相差较人。随后，这一测量技术得到了改善，但也只能测量风速小于12m/s时的雪粒速度⑹。S

7、PC为单点测虽仪器，在实验过程屮需置于风场中，干扰附近的流场，对实验结果产生一定影响。跃移层内雪粒的粒径分布在数值模拟风吹雪击溅函数时扮演着重要的角色。跃移运动的雪粒对积雪层表面的冲击作用是积雪层遭受侵蚀的主要原因。F1前，对不同高度处雪粒的粒径分布进行的研究受到实验条件的限制，得到的粒径信息为悬移层内雪粒的粒径分布，对跃移层内的雪粒粒径分布情况所知有限阿。此外，利用风洞实验模拟风吹雪运动多采用人造雪、压实雪或者替代材料(如沙粒,获皮等)它们与