中国环境科学

作者：王之君, 张开和

单位：1. 兰州理工大学能源与动力工程学院, 甘肃 兰州 730050;2. 兰州理工大学白银新材料研究院, 甘肃 白银 730900

关键词：草场沙化,斑块状草甸,多孔介质源项,流场特性,数值风洞

基金：国家自然科学基金资助项目（42167043，51269009）；甘肃省重点研发计划项目（20YF8ND141）

为探讨沙化草地斑块状草甸下垫面条件下的风沙侵蚀机制，将草甸概化为多孔介质，通过附加源项改进湍流模型，以期精确表征草甸对来流的干扰作用，再基于Hesp （2019）现场试验中草甸覆盖度工况，验证Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε模型并寻优后，结合黄河上游玛曲段近地面（2m高度处）风速，开展草甸覆盖度15.75%（稀疏）、31.05%（中度）和60.15%（稠密）和起沙风速7m/s （低）、11m/s （中）和15m/s （高）下单个斑块状草甸（1m×1m）周围正向来流条件下的流场特性数值风洞实验.结果表明：草甸水平向流场总体呈现迎风侧形成半圆形低速区、背风侧形成半椭圆遮蔽区并呈辐射状向顺风向拓展、两侧局部加速的绕流特征.垂向风速总体呈现为迎风侧风速减弱、正上方骤然加速、背风侧大范围减速规律.覆盖度一定时，草甸周围平均风速随来流风速增大而逐渐增大；来流风速一定，覆盖度增大时，草甸背风侧平均风速先增大后减小.草甸周围风速分布符合正态分布，迎风侧为高狭峰，背风侧为低阔峰；迎风侧风速分布可拟合为高斯模型的变异函数，背风侧风速变异函数与来流风速和覆盖度存在密切关系.本文提出的RNG k-ε改进湍流模型可作为精确表征柔性草甸周围复杂流场的数学模型，以期为进一步模拟中、大尺度草甸风沙流场奠定理论基础.

来源：2023年第11期

《中国环境科学》期刊编辑部

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