风沙流是一种典型的气固两相流。风吹过疏松的沙质地表时,由于风力与沙床的相互作用,使得沙床上沙粒自组织地重新排列,进而改变了沙床的堆积率,且沙床不同位置其堆积率有所不同,而不同位置的实际堆积率在实验中很难得到,其为了防止沙粒堆积率超越其物理极限,在模拟时假设最大沙粒堆积率。可见,最大沙粒堆积率及沙床堆积率是气固两相流模拟中的重要参数,在地表侵蚀、风沙搬运和堆积动力学机制的研究中是不容忽视的。因此本文运用欧拉双流体模型,借助Fluent软件,研究了最大沙粒堆积率对风沙流结构的影响及风场对沙床堆积率的影响。 首先,运用欧拉双流体模型对风洞实验进行模拟仿真,对模拟所得结果与实验测量结果进行对比,验证了欧拉双流体模型的可靠性。 其次,采用欧拉双流体模型,对二维挟沙气流进行模拟,研究了最大沙粒堆积率对风沙流结构的影响。结果表明,随着最大沙粒堆积率的增大,沙粒速度和风速在跃移层内都有明显增大,而沙粒体积分数在近床面却有所减小,但离开床面一定高度后,沙粒体积分数几乎不受最大沙粒堆积率的影响。 最后,研究了入口风速及湍流度对沙床堆积率的影响。得出,在风场作用下,同一高度的沙床平面上,沙床堆积率沿着风场方向存在波纹状规律。从地表至沙床表面,同一平面的沙床平均堆积率逐渐减小。离地表一定高度内,沙床堆积率几乎不受风速的影响,但在此高度以上,随着风速的增大沙床平均堆积率减小。同样,在风场扰动厚度内,沙床平均堆积率随入口湍流度的增大而减小。