稳态风沙流沙粒起跳速度概率分布模型

摘要: 颗粒起跳速度概率分布函数是泥沙输运和粉尘释放模型中的重要输入参数。然而，为了可靠描述这种分布函数，需要准确测量近地层风沙流内起跳颗粒的运动轨迹。本文使用高速摄影系统和颗粒轨迹检测算法相结合测量了风洞沙床面附近部分溅射颗粒、没有引起溅射的反弹颗粒以及引起1个溅射的反弹颗粒的轨迹，通过分析三种起跳模式对应的起跳速度概率分布构建稳态风沙流跃移颗粒起跳速度的概率分布模型。结果表明：（1）三种起跳模式的起跳角度和起跳速度均服从Lognormal概率分布。（2）所有起跳颗粒的起跳角度概率分布方程几乎不受起跳模式影响。（3）所有起跳颗粒的起跳速度概率分布方程主要受溅射颗粒数与反弹颗粒数比值的控制，预示着风沙流发育过程或湍流波动将会对起跳速度概率分布函数产生重要影响。因此，我们的研究结果提供了关于近床面风沙跃移过程的新认识，并对模拟风沙输运中的粒-床相互作用和地貌动力学模型具有重要意义。