风沙流/沙尘暴流场特性及其湍流结构的测量与分析

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11232006
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    320.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1302.环境流体力学与颗粒流
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2017-12-31

项目摘要

As a typical environmental disaster that has a wide-ranging influence, windblown sand flux/dust storms can be categorized into solid-gas two-phase flow taking place in the atmopsheric boundary layer with a high Reynolds number up to 10^8. Understanding and recognizing the turbulent structures and flow features within this phenomenon are of great benefit to its prediction and prevention. This project is proposed to develop a 'Pyramid-type Observation Arrays' to fulfill real-time and synchronous measurements of the key physical quantities of windblown sand flux/dust stomrs, including wind velocity, dust concentration, temperature and humidity, and to accumulate valid data of zero-pressure-gradient and near-neutral wall turbulence with high Reynolds number during windblown sand flux/dust storm events through wind tunnel experiments and field observations with effective exclusion of uncontrollable factors. Based on this, mean velocity profile and scaling law of windblown sand flux/dust storms can be analyzed so as to reveal the characteristics of wind fluctuations and wind spectrum and refine the their representive models. Particular emphasis goes to the domain region of various turbulent flow structures, their interactions and corresponding variation features, as well as the transportation structure of sand/dust. Details of the interaction between the turbulent flow structure and the emission and transportation of windblown sand flux/dust storms, and the influnce of temperature and humidity to wind-sand two-phase flow will be investigated. Eventually, this project will establish a wind-velocity representive model to describe the flow field of windblown sand flux/sand storms, so as to realize accurate predicitons of natural windblown sand flux and provide an improvement to existing sand-dust forcasting schemes.
风沙流/沙尘暴是发生在大气边界层的一种雷诺数高达10^8的气固两相流,也是影响范围较广的一种环境灾害,深刻认识其流场特性和湍流结构有助于对这类灾害的预报和防治。本项目通过研发一种"金字塔形观测阵列"以实现对风沙流/沙尘暴流场的风速、沙尘浓度、温湿度的实时同步观测;通过对可控条件下的风洞实验和野外不可控因素影响的排查,获得并积累零压力梯度近中性条件下高雷诺数壁湍流在风沙流/沙尘暴情形的有效数据。由此分析风沙流/沙尘暴流场的平均流形式和标度特性;提炼其风速脉动和风速谱的变化特征和表征模型;揭示其不同湍流结构存在的区域、相互作用规律及其变化特征以及沙尘输运的流动结构;探讨风沙流/沙尘暴流场湍流结构与沙尘起动和输运的相互影响,以及影响地表风沙两相流运动温度和湿度的变化规律。在此基础上,建立风沙流/沙尘暴流场的一个风速表征模型,实现对自然风沙流输沙率的预测,并为沙尘暴预报模式的改进提供一种依据。

结项摘要

风沙流/沙尘暴是发生在大气边界层的一种高雷诺数气固两相流,也是影响范围较广的一种环境灾害,深刻认识其流场特性和湍流结构有助于对这类灾害的预报和防治。本项目在甘肃民勤青土湖干涸平坦的湖床上建立了可用于高雷诺数大气表面层净风及风沙流/沙尘暴观测的野外观测列阵——“青土湖观测列阵”(QLOA),实现了对风沙流/沙尘暴流场的风速、沙尘浓度、温湿度的实时同步观测,获得了超过7400小时的多物理量同步数据,数据总量超过4.7TB,共观测到沙尘天气事件58次。通过对可控条件下的风洞实验和野外不可控因素影响的排查,获得并积累了零压力梯度近中性条件下高雷诺数壁湍流在风沙流/沙尘暴情形的高质量数据172小时,净风数据422小时。基于这些高质量数据,利用统计分析、谱分析等手段研究了风沙流/沙尘暴流场的湍流特性,发现:含沙流动中卡门常数增大约为0.44,同时湍动能显著增加;大气表面层中超大尺度结构存在自上向下的演化机制;沙尘暴中超大尺度结构的三维尺度与净风流动情形差异不明显,但结构倾角明显增大;超大尺度结构主导了沙尘暴中沙尘的流向输运;沙尘暴中流向电场强度高于垂向电场。利用风洞风沙流实验,分析了沙粒运动过程中的关键参数,包括冲击、起跳速度和角度等。结合实验结果和理论分析,建立了近地表风速的表征模型;提出了基于电场强度观测的沙尘暴预警策略,通过模拟验证证实风速预测模型及沙尘暴预警策略有很好的预测精度。这些结果有助于沙尘暴预报模式的改进及沙尘暴的准确预报。

项目成果

期刊论文数量(32)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Wind speed-up process on the windward slope of dunes in dune fields
沙丘场沙丘迎风坡风加速过程
  • DOI:
    10.1016/j.compfluid.2012.11.007
  • 发表时间:
    2013-01
  • 期刊:
    Computers & Fluids
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Bo T L;Zheng X J
  • 通讯作者:
    Zheng X J
Very large scale motions in the atmospheric surface layer: a field investigation
大气表层的超大规模运动:现场调查
  • DOI:
    10.1017/jfm.2016.439
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    Journal of Fluid Mechanics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wang G H;Zheng X J
  • 通讯作者:
    Zheng X J
An improved numerical model suggests potential differences of wind‐blown sand between on Earth and Mars
改进的数值模型表明地球和火星上风吹沙的潜在差异
  • DOI:
    10.1002/2016jd026132
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Journal of Geophysical Research Atmospheres
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bo T L;Fu L T;Liu L;Zheng X J
  • 通讯作者:
    Zheng X J
The influence of wind velocity and sand grain diameter on the falling velocities of sand particles
风速和沙粒直径对沙粒下落速度的影响
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2013.02.043
  • 发表时间:
    2013-06
  • 期刊:
    Powder Technology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Bo T L;Zheng X J;Duan S Z;Liang Y R
  • 通讯作者:
    Liang Y R
野外近地表风沙流脉动特征分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国沙漠
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王萍;郑晓静
  • 通讯作者:
    郑晓静

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    郑晓静
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2010年3月19日民勤沙尘暴近地表湍流特征
  • DOI:
    10.1007/s11434-010-4091-6
  • 发表时间:
    2010-10
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  • 通讯作者:
    郑晓静
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 作者:
    王萍;郑晓静
  • 通讯作者:
    郑晓静

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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