基于Fluent的风洞典型风蚀地表风速廓线的模拟
锡林郭勒盟公路沿线土壤风蚀风洞模拟研究
2023 ，43（3） : 119J.SHANXI AGRIC, UNIV . （ N atural Science Edition ）学报（自然科学版）04202锡林郭勒盟公路沿线土壤风蚀风洞模拟研究图雅1，冬梅2*，乌达巴拉其其格3（1.内蒙古农业大学 机电工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018；2.内蒙古农业大学 能源与交通工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018；3.锡林郭勒职业学院 汽车系，内蒙古 锡林浩特 026000）摘要：［目的］以内蒙古锡林郭勒盟境内的S105省道公路沿线地表为研究对象，模拟研究土壤风蚀的主要影响因素及其影响规律，进行分析和综合评价，提出防治建议。
［方法］经实地调查，采集原位土壤、砾石、植被样品，在风洞实验室进行模拟研究，分析其风速、砾石覆盖度、植被覆盖度及净风与挟沙风等因素对风蚀的影响规律。
先单因素试验分析各因素对指标的影响规律及趋势；再通过L 9（34）正交试验研究因素的综合作用影响及主次顺序，优化影响度组合方案。
［结果］对地表土壤风蚀的影响程度从大到小排序为，风速>挟沙风>植被覆盖>砾石覆盖。
当风速15 m·s -1、有挟沙风、植被覆盖0%、砾石覆盖25%时，地表风蚀量最大；而砾石0%，植被25%，风速9 m·s -1，无挟沙（净风）时，地表风蚀量最小。
风速越大和带挟沙风时植被的防风蚀效果越显著高于砾石；而风速越小和净风时植被和砾石的防风蚀效果较相近。
［结论］防治风蚀沙化需要优先保护自然生态平衡，降低风速和挟沙的影响；其次，植被覆盖和砾石覆盖均能有效降低风蚀，通过合理组合利用能更好地降低风蚀、稳固地表土壤，从而取得更大的防风蚀效果。
对保障公路行车安全及生态系统的恢复有重要现实意义，能够带来更大经济效益和生态效益。
关键词：干旱半干旱区； 公路沿线； 地表土壤； 风蚀； 风洞中图分类号：S157；S210 文献标识码：A 文章编号：1671-8151（2023）03-0119-10内蒙古锡林郭勒盟地区属于干旱半干旱大陆性季风气候区，年均降水量少、大风和沙尘天气多，持续时间长，造成草原土壤荒漠化，加快地表土壤风蚀，生态系统受损严重，直接或间接的威胁着人们的生存和生活［1-2］。
三种典型地表风速廓线的试验研究
三种典型地表风速廓线的试验研究常佳丽;陈智;陈燕;仇义;商晓彬【期刊名称】《中国水土保持》【年(卷),期】2017(0)3【摘要】针对北方土壤风蚀问题,用RMTO型多通道无线风速廓线仪对内蒙古四子王旗3种典型地表——天然草地、灌草带状修复草地和传统秋翻耕农田的近地表风速廓线进行研究,定量分析了3种不同地表的空气动力学粗糙度及其抗风蚀能力.结果表明:不同地表的近地表风速廓线形态不一,风速都随测点高度的增加而增大,符合指数分布规律;粗糙度越大的地表其表面抗风蚀能力越强;灌草带状修复草地的粗糙度分别是天然草地和传统秋翻耕农田粗糙度的2.1和5.0倍.【总页数】4页(P41-44)【作者】常佳丽;陈智;陈燕;仇义;商晓彬【作者单位】内蒙古农业大学机电工程学院,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古农业大学机电工程学院,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古农业大学机电工程学院,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古农业大学机电工程学院,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古农业大学机电工程学院,内蒙古呼和浩特 010018【正文语种】中文【中图分类】S157.1【相关文献】1.锡林河流域不同利用方式草地风速廓线及地表粗糙度特征分析 [J], 张琪;娜仁格日勒;葛楠;张静;王颖;崔向新2.植被盖度和灌木带状配置对近地表风速廓线的影响 [J], 司志民;刘海洋;陈智;宣传忠;宋涛3.便携式近地表风速廓线仪的研制 [J], 宣传忠;陈智;武佩;张永;刘海洋4.基于Fluent的风洞典型风蚀地表风速廓线的模拟 [J], 齐志伟;童淑敏;田建川;麻硕士5.热敏式近地表无线风速廓线仪研究 [J], 刘海洋;常佳丽;侯占峰;陈智;宣传忠;商晓彬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
风洞内近地表风速廓线模拟方法的研究
实 验 在 内蒙 古 农 业 大 学 研 制 的 ０ Ｄ １ Ｆ Ｙ一 ． ２ 可 移动 式风 蚀 风 洞 中进行 。该风 洞 是 一座 直 流
吹气 式 风 洞 。 由风机段 、 整流 段 、 缩 段 、 验 段 收 试
并可重复 。 与野 外 实 验 相 比 ， 量 容 易 并 精 确 ， 测 但 以风 洞能 准 确模 拟 野外 大气 边 界 层 流场 为 前
果 如表 １
本 实 验风 洞 内近 地 表风 速 廓线 特 性 测试 系 统 如图 １ 。
２５ 测 试 方 法 ．
２５１ 野外测 试 ．．
表 １ 无 植被保 护 的翻耕 地 近地 表风 速随 高度 的变化 距 地 表高 度 （ｍ） ｃ
验 是 人们 常用 的土 壤风蚀 研 究 方 法 ，在 风 洞 内 准确模 拟 野外 不同近 地表 条件则 成 为必需 。
目前 大气边 界层 模 拟 的方法 主要 有 两种 ： 自
土 壤风 蚀 是我 国北方 干 旱 、半 干旱 以及 部
分半 湿 润地 区土地 退 化 的主 要 过程 之一 ，其 分 布范 围 占国土 面积 的 １ ／ ２以上 。 重影 响 这些 地 严
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风洞内 近地表风 速廓线 模拟方法的 研究
段 云 童 淑 敏 陈 智 盖 晓玲
（ 内蒙 古农 业大 学机 电工 程 学 院 ００１） １０ ８
【 要】 本 文 利用 尖 塔 、 摘 挡板 、 糙 元 等边 界 层 发 生装 置 ， Ｏ Ｄ １ 粗 在 Ｆ Ｙ一 ． ２可移 动 式 风蚀 风 洞 中
型数据 采 集卡 、４ 电源 、 ２Ｖ 计算 机 等 。
基于FLUENT的翼型管道静态混合器的流场仿真模拟
基于FLUENT的翼型管道静态混合器的流场仿真模拟摘要：本文是通过FLUENT[1]来模拟分析翼型管道静态混合器的内部流场，使应用广泛的静态混合器的混合效果得以优化。
简要分析翼片的排数和倾角、翼片的结构以及翼片的排列方式对混合效果的影响。
模拟结果表明：内置3排45°角长翼片错排结构形式的翼型静态混合器综合混合效果较优。
关键词：管道静态混合器；翼片；FLUENT；流场模拟翼型管道静态混合器的混合机理：流体在自身所具有的动能和势能下，以一定的速度沿轴线方向流进混合管，翼型静态混合器内的任意一个叶片将所在周期的流体分成四股彼此独立的流体，这四股流体沿着翼型叶片向相同的轴向的方向分流。
本文中，翼型管道静态混合器中的物料选用两相互不相溶的液体，低速流入静态混合物的翼片元件中，通过FLUENT来模拟分析翼型管道静态混合器的内部流场。
一、静态混合元件结构文献[2]中实验得知：相比矩形翼片，梯形叶片能产生更佳的混合效果，因此首选梯形叶片。
静态混合元件采用薄板内嵌在混合器管道内壁上，在此混合器内壁上定性的画上3排翼片依次等距排列，药剂入口的设计为内插式，为方便混合浓度的测定，需在该翼型静态混合器之后连接一个取样器，本取样器采用静态液-液取样。
二、静态混合器混合效果与长度的关系查阅文献[3]可知，湍流情况下，混合效果与混合长度没有关系。
层流时，混合长度与混合效果有很大关系，一般需要根据混合效果确定混合长度。
本文选用液液互不相溶的两相流体相混合，初设叶片的角度变化范围为0°-180°，在同一截面上等角度的分布4个大小一样的叶片。
流体的流动是低速低压，初步定性混合器长径比L / D=5，内径D i=400mm，管长L=2m。
用FLUENT模拟内部流场，影响两相液体混合效果的因素主要有：1、翼片在管道内部的排数；2、翼片在管道内部与内壁的倾角大小；3、翼片的具体结构形式；4、翼片的排列方式。
基于FLUENT的虚拟风洞实验系统
基于FLUENT的虚拟风洞实验系统曾亮;邹强;朱旭程【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2016(035)002【摘要】为了解决真实风洞实验存在的效率低、设计性差、数据处理难等问题,提出了一种虚拟实验平台开发方案.在虚拟实验领域引入了有限元数值仿真软件FLUENT,使用C#编程语言构建虚拟风洞实验系统软件.该系统基于实验室局域网,分为服务端和客户端.服务端使用高性能计算服务器,服务端软件的核心功能是统筹分配计算资源,并采用TUI方式读入Journal文件调用FLUENT软件进行计算.客户端的核心功能是根据学员输入数据在Journal文件模板基础上生成Journal文件并提交给服务端,在服务端计算完毕后可调用TecPlot读入结果文件,进行试验结果分析,并协助学员完成实验报告.【总页数】4页(P83-85,93)【作者】曾亮;邹强;朱旭程【作者单位】海军航空工程学院飞行器工程系,山东烟台264001;海军航空工程学院飞行器工程系,山东烟台264001;海军航空工程学院飞行器工程系,山东烟台264001【正文语种】中文【中图分类】V211.74【相关文献】1.基于恒风速虚拟风洞实验下不同姿态和风速对碟式太阳能聚光器流场的影响研究[J], 刘冠麟;鄂加强;刘腾;左威;张庆玲2.基于虚拟仪器的微型扑翼风洞实验系统研究 [J], 邵立民;宋笔锋;王利光3.基于恒风速虚拟风洞实验的碟式太阳能聚光器风动载荷 [J], 鄂加强;王红林;刘腾;左威;张庆玲;苏秀超4.基于恒风速虚拟风洞实验下不同姿态和风速对碟式太阳能聚光器流场的影响研究[J], 刘冠麟;鄂加强;刘腾;左威;张庆玲;;;;;;;;;;5.基于Fluent的传热学虚拟实验平台的开发 [J], 王辉;解明杰;向文凤;罗马吉;袁守利因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于CFD技术进行复杂地形风资源评估及验证
基于CFD技术进行复杂地形风资源评估及验证摘要：目前风电场开发项目涉及较多复杂地形的区域，以往的线性模型由于本身的模型限制，对风资源评估产生较大的不确定性，同时由于项目测风塔数量较多，如何进行多个测风塔的综合分析利用，得到可靠的结果，这也是复杂地形风能资源评估的核心问题之一。
本文针对河北风电场实际工程项目，采用基于计算流体力学技术的法国美迪WT软件进行此项目的风资源评估，并通过现场多个测风塔的外推结果，来验证美迪WT软件在复杂地形条件下进行风资源计算评估的可靠性，在以往线性模型的基础上增加了风资源评估的手段与方法。
关键词：复杂地形，风资源，CFD，美迪WTAbstract: at present, the wind farm development project involves more complex terrain area, the former linear model because of their limited model, the wind resources evaluation produce greater uncertainty, at the same time as the wind towers project quantity, how to measure wind towers over the comprehensive analysis of the use of, have a reliable results, this also is the complicated terrain wind resources evaluation one of the core problems. This article in view of the actual project hebei wind farms, the computational fluid dynamics technology based on the French meidi WT software to the project, the wind resources evaluation, and through the field more measured the wind towers outside push results, to verify the software in the complex terrain meidi WT under conditions of the wind resources evaluation calculation of reliability, in past the linear model based on wind resources evaluation of increased means and methods.Keywords: complex terrain, the wind resource, CFD, meidi WT1、引言本项目工程位于河北省北部山区，项目总面积约120平方公里，测风塔4座，林区覆盖，但山顶为荒草地，海拔在1400-2200米之间，海拔变化较大，气候条件恶劣，经常出现大风及降雪天气，是典型的复杂地形项目。
基于FLUENT的风粉管道风速流场模拟
基于FLUENT的风粉管道风速流场模拟
陈雯;于向军
【期刊名称】《江苏电机工程》
【年(卷),期】2008(027)006
【摘要】电站锅炉二次风管道中,难以实现风速的准确测量,其主要原因是由于靠背管的流量系数以及实际安装位置难以有效确定.为了实现二次风速的准确测量,使用流体计算软件FLUENT对二次风管道内不同条件下的风速流场分布进行数值模拟.将模拟条件下的风速与实验获得的风速进行对比分析,选出流量系数的最佳范围;通过数值模拟挡板、弯头对二次风速流场分布的影响,确定靠背管的有效安装位置,从而实现二次风速的准确测量.该方法已在某电厂中得到应用,具有实际工程应用价值.【总页数】4页(P72-75)
【作者】陈雯;于向军
【作者单位】东南大学能源与环境学院,江苏,南京,210096;东南大学能源与环境学院,江苏,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TK223.26
【相关文献】
1.基于Fluent的水平管道稠油掺稀均质化流场模拟 [J], 沈瞳瞳;敬加强;李蔚鹏;吴嬉
2.基于Fluent的风力致热装置内部流场模拟研究 [J], 刘雨江; 勾昱君; 李耀东; 孔
凡钊
3.基于Fluent软件的低压输水管道沉沙池流场模拟分析研究 [J], 范海东
4.基于Fluent软件的低压输水管道沉沙池流场模拟分析研究 [J], 范海东
5.基于fluent的生物质气化炉压力与流场模拟研究 [J], 张翼;缪俊杰;杜泓飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于FLUENT的典型风区风参数数值模拟研究
硕士学位论文
基于 FLUENT 的典型风区风参数数值模拟研究
国家自然科学基金资助项目（项目编号：90915001）
孙龙龙
导师姓名职称
Байду номын сангаас
刘健新 教授
申请学位级别
工学硕士
学科专业名称 桥梁与隧道工程
论文提交日期 2012 年 6 月 8 日 论文答辩日期 2012 年 6 月 1 日
This project is a subproject of the National Natural Science Foundation Project “Inland strong winds and the effect of it on field measurement which contains simulation”, we use numerical simulation method to study three typical terrain wind parameters of Xinjiang. The main work of this paper is as follows: Using the software FLUENT and GAMBIT to build three-dimensional geometric model of the towers surrounding terrain. Meshing and determining the calculated watershed , selecting the appropriate boundary conditions and control parameters, determining the calculation condition of the load and the arrangement of the spots. Showing the calculating results of the velocity profile and turbulence intensity, comparing the wind parameters results of the numerical simulation and wind tunnel test. Verifying the feasibility of the numerical simulation on the wind parameters of such terrain. And researching the affect of the model scale on the wind parameters, the results of which show that the affect of the model scale is different for different terrain.
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2. 1 建立控制方程
收稿日期 : 2008 - 02 - 24 基金项目 : 高等学校博士学科点专项基金资助项目 (20050129007) 作者简介 : 齐志伟 ( 1980 - ) , 男 , 内蒙古赤峰人 , 硕士研 究生 , ( E -
mail) qizhiwei119@163. com。 通讯作者 : 童淑敏 (1958 - ) ,女 ,呼和浩特人 ,教授 ,硕士生导师 。
参考文献 :
[ 1 ] 王福军. 计算流体动力学分析 - CFD 软件原理与应用 [M ]. 北京 :清华大学出版社 , 2004.
[ 2 ] 熊莉芳 ,林源 ,李世武. k - ε湍流模型及其在 Fluent软件 中的应用 [ J ]. 工业加热 , 2007, 36 (4) : 13 - 15.
了离散程度分析 。
关键词 : Fluent; 风洞 ; 风速廓线 ; 土壤风蚀 ; 数值模拟
中图分类号 : O 355 文献标识码 : A
文章编号 : 1003 - 188X (2009 ) 01 - 0035 - 03
0 引言
作为风洞 中 模 拟 大 气 边 界 层 应 满 足 的 相 似 参 数 之一 ,风速廓线的模拟在对大气边界层的模拟研究中 占有重要地位 。而作为功能最为全面 、适用性最广 、 国内使用最广泛的 CFD 软件之一 , Fluent广泛应用于 航空航天 、汽车 、船舶 、气象等领域 ,但目前应用于风 蚀风洞流场的数值模拟 ,特别是结合室内风洞试验对 野外典型风蚀地表的风廓特性进行模拟的情况很少 。 为此 ,笔者利用 Fluent软件对室内风洞试验进行数值 模拟 ,以此作为在风洞中模拟典型风蚀地表风速廓线 试验的基础 。
式求解器主要用于不可压流动和微可压流动 ,而耦合 式求解器用于高速可压流动 。本次试验选择分离式 求解器进行计算 。
结合风洞试验的实际情况选择 3D、稳态 、绝对速 度的计算模式 。
变量的残差在计算中达到 1e - 3时 ,均认为计算已经 收敛 。 2. 4 计算结果及分析
迭代进行到 330 步时计算收敛 ,停止计算 ,残差 曲线如图 3所示 。
本风洞试 验 所 用 风 洞 为 内 蒙 古 农 业 大 学 研 制 的 0FDY - 1. 2型可移动式风蚀风洞 ,该风洞试验段长为 7. 2m ,风洞截面的高度为 1. 2m ,宽度为 1m。选用的 模拟装置为棒栅 +尖塔 +粗糙元 ,模拟对象是无植被 保护的翻耕地地表的风速廓线 。在 Gambit软件中所 建立的风洞模型 ,如图 1所示 。
图 2 模型的网格划分 Fig. 2 Meshing partition of computing region
2. 3. 2 确定计算模型 Fluent在默认情况下只对流场进行求解 ,因此只
需对湍流计算所必须的粘性模型进k
- ε模型进行计算 。 2. 3. 3 设置边界条件
图 3 残差曲线 Fig. 3 Curve of the residuals
计算完成后 ,利用软件在风洞模型距出口 2. 4m 处 轴线位置模拟出一条风速廓线 ,所模拟的风速廓线如 图 4所示 。
图 4 风速廓线 Fig. 4 Picture of the wind speed contour line
1 数值模拟原理
虽然能 量 守 恒 方 程 是 流 体 流 动 和 传 热 问 题 的 基 本控制方程 ,但是由于在风洞内的气流属于不可压流 动 ,热交换量很小 ,因此能量守恒方程可以不予考虑 。 另外 ,风洞内的气流流动处于湍流状态 ,因此除基本 的质量守恒方程和动量守恒方程外 ,还应该加入湍流 方程 。 2. 2 划分计算网格
3) 湍流长度尺寸 : l = 0. 07L , L 为关联尺寸 ,对于 充分发展的湍流 ,取 L 等于水力直径 。
4) 湍动能 : k = 3 ( u I) 2 , u为平均速度 。 2
5 ) 湍动耗散率 : ε = Cμ3 /4 k3 /2 , Cμ 取 0. 09。
l
2. 3. 4 设置求解过程的监视参数 将各个变量的残差收敛判据设为 1e - 3,当相应
( College of Electrical and M echanical, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China) Abstract: The paper used Fluent, a software of computational fluid dynam ics, to simulate the 0FDY - 1. 2 transportable w ind - tunnel indoor test in num erical. The test simulated w ind speed contour line of typ ical w ind erosion surface used the stick grid, steep le and rough unit. The research simulated the speed contour line by changing the size, shape and posi2 tion of sim ulative equipm ents. The end of the article analyzed discrete degree of the w ind speed contour line which m ade by the software, the w ind - tunnel indoor test and the field measurement. Key words: Fluent; w ind - tunnel, w ind speed contour line; soil’s w ind erosion; num erical simulate
3 室内风洞模拟试验
模拟装置采用棒栅 、尖塔 、粗糙元 。其形状 、尺寸 和摆 放 位 置 与 数 值 模 拟 的 模 型 一 致 。尖 塔 底 宽 100mm ,高 700mm ,间距 300mm ,距风洞入口 300mm; 粗糙元长宽高均为 25mm ,横向间距 50mm ,纵向间距 300mm ,第一排距入口 1 680mm ,共摆放 8排 。所用风 速廓线测试系统框图 ,如图 5所示 。
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2009年 1月 农 机 化 研 究 第 1期
图 1 风洞模型 Fig. 1 The p icture of wind - tunnel’s model
为了对棒栅 、尖塔和粗糙元周围的网格进行加密 , 对整个计算区域采用 Tet/Hybrid四面体网格单元进行 有限体积划分 。共划分 5个子区域 ,总共 1 320 080个 网格 ,如图 2 所示 。其中 , A 区为棒栅和尖塔所在区 域 ; D 区是粗糙元所在区域 ; B 区为过渡区 ;为减少计 算量 , C区和 E区设置为网格尺寸相对较大的区域 。 2. 3 Fluent计算 2. 3. 1 选择求解器及计算模式
Fluent提供了分离式和耦合式两种求解器 。分离
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2009年 1月 农 机 化 研 究 第 1期
2009年 1月 农 机 化 研 究 第 1期
基 于 Fluent 的 风 洞 典 型 风 蚀 地 表 风 速 廓 线 的 模 拟
齐志伟 , 童淑敏 , 田建川 , 麻硕士
(内蒙古农业大学 机电工程学院 , 呼和浩特 0 100 18 )
摘 要 : 利用计算流体动力学 ( CFD ) 软件 Fluent对 OFDY - 1. 2 型 可 移 动 式 风 蚀 风 洞 中 模 拟 典 型 农 田 风 蚀 地 表
风蚀研究的试验要求 。
图 6 风速廓线的对比 Fig. 6 The contrast of w ind speed contour line
5 结束语
本文利用计算流体动力学 ( CFD )软件 Fluent,对
室内风蚀风洞采用棒栅 、尖塔和粗糙元模拟野外典型 风蚀地表风廓特性试验进行数值模拟 ,达到了风蚀试 验的要求 ,成功地解决了常规室内风洞风廓特性模拟 调试周期长 、试验困难的问题 ,为室内风蚀风洞模拟 试验起到了指导性作用 。作为土壤风蚀问题的基础 性研究 ,也为土壤风蚀研究提供了技术支持 。其对测 试评价实施各种保护性耕作措施后的农田表层土壤 抗风蚀能力 、防沙治沙 、保护环境等具有重要意义 。
进行分析 ,则 : 标准差为
—
σ = Σ(X - X) 2
N
变异系数为
Vσ
σ
=
×100 %
X
根据上式得出在高度为 50, 100, 200, 398, 795mm
处的变异系数分别为 7. 14% , 4. 56% , 1. 98% , 2. 64% ,
2. 81% , 4. 03%。结果表明 , 3 条廓线吻合程度达到了
风速廓线进行数值模拟 ,通过改变棒栅 、尖塔和 粗糙 元 的 尺 寸 、形 状 和 位 置 , 分 别 用 软 件 和 室 内 风 洞 实 验 模 拟 出
了与野外实地测试廓线相吻合的风速廓线 。同 时 , 对 野 外 实 测 、室 内 风 洞 模 拟 和 软 件 数 值 模 拟 的 风 速 廓 线 进 行
边界条件设置情况 : 风洞入口为速度入口 ,出口 为出流口 ,将风洞壁 、棒栅 、尖塔和粗糙元表面设置为 壁面 。