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二维横向沙丘二次流场风洞模拟实验的开题报告
一、课题背景
沙丘是一种广泛存在于自然环境中的地质现象,它们的大小和形状到处不同,可
以是几米到几百米高、几十到几百米宽的,是沙漠和海滨沙地上的普遍景象。沙丘的
形成受到水流、风力和物质运动等多种因素的影响,对于理解自然现象和优化工程设
计至关重要。沙丘对交通和建筑物造成了威胁,并带来了环境问题,如沙漠化。
因此,研究沙丘的生成和形态构成,分析沙丘的演变和运动规律,是促进自然科
学和工程科学发展的重要研究领域。在二维横向沙丘的形态演变和运动规律中,流体
力学是一个重要的研究方向。
二、研究目的
本次实验旨在利用风洞与数值模拟相结合的方法,研究二维横向沙丘的形态演变
和风沙作用产生的强制二次流场,揭示沙丘形态对风沙作用的响应和演变规律。本次
实验将重点探究以下内容:
1.构建二维横向沙丘的模型,研究沙丘的形态演变和运动规律。
2.研究沙丘在风沙作用下产生的运动和变形规律,分析沙丘的动力学特性。
3.研究风沙过程中产生的较强的强制二次流场,分析强制二次流场的特性和作用
机理。
4.探究沙丘形态对风沙作用的响应和演变规律,为实际工程设计提供理论参考。
三、研究方案
1.实验设备:风洞,高速摄影系统,壁面压力传感器,气动测量仪器。
2.实验流程:
(1)制备二维横向沙丘的模型,利用3D打印或手工制造的方式构建出具有一
定形态的沙丘模型。
(2)将沙丘模型固定在风洞中,调整实验参数(如沙丘高度、宽度、斜度、风
速等)。
(3)通过高速摄影系统记录沙丘在风沙作用下的运动轨迹和变形过程,使用壁
面压力传感器和气动测量仪器记录二次流场的数据。
(4)通过数值模拟计算流动场,得到沙丘形态演变和强制二次流场的模拟结果。
(5)利用实验数据和模拟数据,研究沙丘的形态演变和运动规律,分析风沙作
用和强制二次流场的特性和作用机理。
3.研究方法:实验和数值模拟相结合的方法。
四、预期成果
通过本次实验,预计可以获得以下成果:
1.得到二维横向沙丘形态演变和运动规律的实验数据,分析风沙作用和强制二次
流场的特性和作用机理。
2.得到沙丘形态对风沙作用的响应和演变规律的研究结果,为工程设计提供理论
参考。
3.提出可行的控制沙漠化和减少风沙危害的建议。
五、存在问题及解决方案
1.实验中沙丘模型的制备可能存在误差,可能导致实验数据的误差。解决方案是
利用3D打印技术在模拟设计之前制备实验模型,通过对模型的复制和对比分析,提高
模型精度。
2.实验过程中可能存在风速和实验参数不稳定的情况,可能导致实验结果不准确。
解决方案是在实验前进行充分的参数调整和设备校准。
3.模拟结果的准确性受到二次流场模拟精度的影响,可能会影响实验结果的判断。
解决方案是通过建立模型优化计算参数和模拟方法,提高模拟精度。
六、研究意义
本次实验通过风洞模拟与数值模拟相结合的方法,研究二维横向沙丘的形态演变
和强制二次流场的特性及其作用机理。该研究对于深入了解风沙过程及其对环境的影
响、控制沙漠化和减少风沙危害、优化工程设计等方面具有重要的理论和应用价值。