风沙运动中MAGNUS效应的数值研究

在风沙运动中,跃移沙粒一般都会伴随高速旋转,同时引起一种升力效应,即Magnus效应。采用数值模拟的方法计算了0.1Re400,转速ω为100~1000 rev.s-1范围时均匀来流中单个球形沙粒受到的Magnus力,并与Rubinow和Keller推导的Magnus力公式进行了比较。计算结果表明,在0.1Re200范围内,升力和沙粒的旋转速度成正比,随雷诺数的增大而减小。同时,Magnus效应和固定沙粒在均匀来流中的流动结构也有关系,即计算结果和Magnus力公式的升力系数比K在沙粒流动是附体的时随Re数增加逐渐减小,在Re=20~30时达到最小值,然后在沙粒流动是对称分离的时K随着Re数增加逐渐增大。当雷诺数继续增大到超过200时,沙粒本身流动状态非对称所引起的升力超过Magnus效应产生的升力,但Magnus效应的作用也不可以忽略。根据计算结果,对Magnus力公式进行了修正。另外,还发现流场速度梯度与Magnus效应并没有耦合作用,速度梯度对升力的影响可以和Magnus效应线性叠加。     

风沙运动中沙粒阻力的数值研究

 对雷诺数Re≤300下单个圆球的阻力和两个前后不同距离的圆球之间的相互干扰对阻力特性的影响采用数值模拟的方法进行了研究。其中,单球的计算主要是为了检验方法的可靠性,并为后面双球干扰的计算提供一个基础。单球计算结果表明：单球的阻力系数值和流动特性与文献中的研究结果很符合。双球计算的结果表明：后球对前球的阻力影响很小,而前球对后球的影响则非常大,计算中后球的阻力最小只有单球的30%。这种影响与圆球的雷诺数和两球之间的距离都有关系。