11 / 2022-05-23 15:07:55

新月形沙丘演化行为的水洞实验研究： 特征时间和“孤立子”行为

新月沙丘；翻越时间；沙丘碰撞；“孤立子”现象

新月沙丘是单一方向流体驱动和有限沙源联合作用的结果，是自然界气固、液固颗粒流的典型产物和颗粒聚集体的典型代表，一直以来都是风沙物理学领域持续关注的热点问题。本文将适用于单体新月沙丘演化的特征时间进行拓展，提出了双沙丘碰撞系统的特征时间，以揭示新月沙丘群的演化特性。首先从系统整体角度出发，获得了三组不同的流速下双沙丘系统特征时间与沙丘初始质量比间的非单调函数关系，且函数曲线驻点均对应名为“交换-追逐”的碰撞模式，该模式被认为是区分沙丘系统运行效率随碰撞模式变化方式的临界状态。此外，结合数值模拟，发现了两沙丘间的对涡引发的回流结构是双沙丘系统保持聚合的关键，而且当沙丘间距离足够近且沙丘系统获得足够能量时，此结构所产生的强“捕获”效应可以诱发出一种全新的碰撞模式，即“孤立子”行为，其“活性”会随沙丘间初始距离的增加而逐渐弱化。研究结果丰富了沙丘碰撞模式的分类体系和沙丘集群演化行为的时间角度诠释。