散堆料场颗粒扬尘造成细微颗粒物的扩散,是城市颗粒污染的主要来源之一。本文采用数值模拟与PIV(Particle Image Velocimetry)实验相结合的方法研究了不同粗糙元排列形式对料堆表面流场结构的影响;通过受力分析建立了料堆表面不同位置点颗粒的起动风速方程,研究工作对准确认识料堆表面流场结构,揭示散堆料场中颗粒起动机理有重要意义。本文主要研究内容及结论如下:(1)采用大涡模拟研究了不同粗糙元排列方式下特征结构周围流动特性及压力分布情况,模拟结果表明:交错排列时在粗糙元尾部各自出现一对卡门涡街,而平行排列时两个相邻粗糙元后共同产生一对卡门涡街;交错排列时特征结构内部流体平均流速较小,流型较为混乱,平行排列时平均流速较大,流型较为规则。特征结构排列方式对上游粗糙元表面压力分布影响不大,上游粗糙元前沿均为高压区(约为5.5pa),顶部为负压区(约为-2.2pa);交错排列时下游粗糙元表面压力分布与上游一致,但由于上游粗糙元平行排列时对流体有更好的导流作用,因此平行排列时下游粗糙元表面压力较小(-0.5pa)且压力梯度小。(2)分析了不同表面料堆近壁处流场结构,结果表明:在距壁面高度0.25mm的近壁面处,光滑料堆流场较为规则但平均流速较高,交错排列时平均流速较低但存在很多旋涡,流场较为混乱,由于粗糙元的阻挡作用,虽然降低了壁面处流速,但同时也产生了大量旋涡,同样会导致上层表面颗粒的受力发生变化,从而使颗粒失衡起动;且在距壁面小于4倍粗糙元高度以下区域内,粗糙元对料堆顶风面区域内流场影响较大;在距壁面大于4倍粗糙元高度以上区域,流场结构受粗糙元影响则较小。(3)对近壁处颗粒绕流特性分析可得:在粗糙元的遮蔽作用下,颗粒周围流体的速度梯度以及压力梯度变化较小,降低了颗粒失衡起动的临界风速;但由于颗粒与粗糙元间隙处流体流速较高,增大了局部流体对颗粒的冲击摩擦作用。(4)颗粒所处位置将直接影响受力方向与流体流动方向的夹角,同时料堆不同区域内流场分布也存在差异,采用单一方程描述颗粒起动模型会产生较大误差,为了能够更加准确的表述颗粒起动状态,分别建立了料堆表面不同位置点颗粒的起动风速方程。(5)利用风洞进行PIV实验获得了料堆近壁处流场结构,将实验与模拟结果进行对比,两者一致性较好。流场分析结果表明,虽然流体在垂直方向分速度远低于水平方向,但在迎风面的前沿却存在一个极大值,约为相同位置处水平方向分速度的一半,这将对该位置处颗粒在垂直方向上产生较大的曳力,导致颗粒失衡并起动;顶风面区域内流体流速及涡量的标准差数值较大,而在背风面由于绕流结构的存在,流体流速及涡量的标准差则较小。