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坡面击溅函数及风沙跃移运动

风沙跃移运动；非平坦地表；击溅函数；输沙通量；大涡模拟

风沙跃移运动导致沙漠扩展并引发严重的土地荒漠化问题。风沙运动属于风场与颗粒相耦合的典型两相流问题，其中颗粒与床面间的相互作用，即击溅函数是描述风沙流发展过程的关键。虽然大多数风沙运动发生于非平坦地表（如沙丘、沙波纹），但现有击溅函数大多针对平坦地表。本研究以平坦地表击溅函数为基础，同时结合已有实验研究中关于地形角度对风沙跃移运动的影响，建立了非平坦地表的击溅函数。通过将坡面击溅函数引入三维风沙跃移运动模型，其中流场采用大涡模拟方法，颗粒运动采用拉格朗日粒子追踪方法，并且考虑流场与颗粒之间的耦合作用。基于此模型对不同坡面上的风沙运动进行了模拟仿真，结果表明，以非平坦地表击溅函数为基础数值模型获得的输沙量随坡面角度的变化与已有实验结果吻合良好，并且优于平坦地表击溅函数的结果，表明建立的非平坦地表击溅函数比较适用于起伏地形。与此同时，迎风坡的输沙通量更趋近于摩阻风速的三次方关系，而背风破的输沙通量更接近于摩阻风速的二次方关系，使得在较高摩阻风速下，迎风坡的风沙跃移通量可能高于背风破。本文研究对野外实际的风沙运动及其荒漠化演化预测具有一定的指导意义。