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粗糙度阻力系数戈壁表面

2022/07/1693 作者:佚名
导读:风蚀戈壁是我国干旱区广泛分布的风成地貌类型之一,在地质时期曾是我国风沙活动和沙尘暴的主要源地之一。在戈壁风蚀面的发育过程中,可蚀性物质(沙粒)因长期风蚀逐渐减少,而不可蚀性物质(主要是砾石)相对富集,形成对下伏物质具有保护作用的不可蚀砾石层一一戈壁风蚀面。虽然戈壁风蚀面对风沙活动的抑制作用已为人所知,但对其空气动力学行为的定量研究则很少。无量纲的粗糙度阻力系数反映了气流中障碍物对气流的阻滞效应,戈

风蚀戈壁是我国干旱区广泛分布的风成地貌类型之一,在地质时期曾是我国风沙活动和沙尘暴的主要源地之一。在戈壁风蚀面的发育过程中,可蚀性物质(沙粒)因长期风蚀逐渐减少,而不可蚀性物质(主要是砾石)相对富集,形成对下伏物质具有保护作用的不可蚀砾石层一一戈壁风蚀面。虽然戈壁风蚀面对风沙活动的抑制作用已为人所知,但对其空气动力学行为的定量研究则很少。无量纲的粗糙度阻力系数反映了气流中障碍物对气流的阻滞效应,戈壁表面的粗糙度阻力系数可以反映戈壁地表风沙活动界面的潜在风沙活动和沙尘释放强度,因而可用以评价戈壁风蚀面的空气动力学稳定性.特定地表条件的粗糙度阻力系数要由野外观测或模拟实验来确定.但是,野外条件比较复杂,戈壁表面的粗糙度阻力系数除与表面砾石层的几何特征有关外,尚受地形起伏的影响,很难找到不受地形起伏影响的理想观测场所,因而从观测结果中难以确切分辨出砾石覆盖和地形起伏的影响.再者,野外砾石的形态复杂、几何特征难以精确描述且不可调控,这为确定粗糙度阻力系数与砾石几何特征的定量关系带来困难.

砾石覆盖使粗糙度阻力系数增加1.1-8倍,增大的倍数取决于砾石粒径与覆盖度.戈壁表面的粗糙度阻力系数随砾石粒径及覆盖度的增加而增大.对于不同粒径的砾石,粗糙度阻力系数随砾石覆盖度的变化服从相似的规律,即当覆盖度较小时,粗糙度阻力系数随砾石盖度增加而增大的过程较为明显,其增大率随盖度的增加而趋缓.当砾石覆盖度大于40%}50%时,粗糙度阻力系数基本不再随砾石覆盖度的增加而增大,说明戈壁床面对气流的反馈即阻滞作用趋于稳定,气床界面达到相对平衡。

当气流经过戈壁表面时,其对气流的总阻力可以分解为砾石产生的阻力和砾石间裸露地表产生的阻力,所以粗糙度阻力系数可以表示为

式中Cdt为总粗糙度阻力系数,Cdg为砾石所产生的粗糙度阻力系数,Cdb为砾石间裸露地表所产生的粗糙度阻力系数。

上式可以理想地解释为:当戈壁风蚀面的粗糙度阻力系数趋于常数时恒成立。可以认为,在业已稳定的戈壁风蚀面的砾石间再增加的砾石将全部处于已有砾石的保护下,新增加的砾石所产生的粗糙度阻力系数趋于零.所以,粗糙度阻力系数趋于常数(相当于最大粗糙度阻力系数)可以作为戈壁风蚀面趋于空气动力学稳定的判据.对于所实验的各种砾石,40%-50%是戈壁风蚀面发育成熟、趋于稳定的临界覆盖度。2100433B

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