中文摘要：

高立式机械沙障是防沙工程中广泛使用的机械措施，目前针对不同结构参数对沙障周围流场的影响研究，多是单一的野外观测、风洞实验或者数值模拟，多种方法的相互验证研究鲜见报道。本项研究以高立式机械沙障形态特征的实地测量为依据，野外观测和风洞模拟不同孔隙度、不同行数、行间距沙障前后气流强度分布，并进行沙障来流区和泄流区防风效益的理论分析。在野外观测结果对风洞模拟进行较验的基础上，利用Fluent对沙障周围的流场进行数值模拟，阐明沙障各结构参数与沙障防护距离的关系，在此基础上确定最佳孔隙度、行数、行间距、带数和带间距；重点研究沙障数值模型的设计以及数值模拟域边界层条件的设定。本项研究可以为高立式沙障的设计提供更为完善的理论基础。

结论摘要：

该课题顺利完成计划研究工作，分别开展以下几方面工作1 ）利用风洞实验开展了高立式机械沙障流场和防风效益的研究；2）利用风洞实验开展了沙蒿和沙柳植物沙障周围流场与防护效益研究；3）利用Gambit软件和Fluent流体模拟软件，开展了高立式机械沙障流场数值模拟的模型设计、边界层确定、流场模拟计算和沙障结构参数确定的研究；4） 受项目资助共完成第一作者论文4篇，已发表第一作者学术期刊论文3篇（其中第一作者SCI论文2篇）；5）项目资助培养博士后1名，博士生3名，均已顺利毕业和出站。课题在以下几个方面取得了主要研究进展1）利用风洞实验对高立式机械沙障的研究发现单行沙障上部区域流场变化很小，沙障模型下部区域，流场被划分为4个能量区；0.35孔隙度的沙障在下风向防护效益总是最好，因此我们建议在风沙工程中最佳孔隙度为0.3-0.4。0.35孔隙度的双行沙障防护效益比较表明6 H 是最佳行距，双行和三行沙障的防护效益明显优于单行沙障，因此对于多行沙障我们建议的最佳行距为5-7H。2）利用风洞实验对沙蒿和沙柳沙障的速度流场和防护效益比较发现对于单株沙蒿，自由风速越大，植株两侧的风速增大就越强；由于植株形状差异，单株沙柳的风速梯度变化比沙蒿的小。气流经过沙蒿沙障时，沿程会形成减—增—减—增—减—增—减7个新能区；气流经过沙柳沙障时，近地面流场可以划分为障前气流减速区、沙障上方气流加速区、障后涡流区以及障后气流恢复区。灌木沙障的防护效益受到风速和沙障结构参数的影响，也受到植物生长特征的影响。考虑到沙蒿和沙柳生长特征和植物沙障防护效益的差异，在防沙体系中将两种植物沙障一起配置是最佳方案。3) 利用数值模拟对高立式机械沙障的气流场进行模拟，数值模型和模拟域设计与风洞实验一致，研究发现数值模拟可以很好地模拟沙障，也可以弥补风洞实验缺少风向观测的不足。气流场经过沙障模型时被划分为6个能量区（尽管不是每个沙障都存在这6个能量区）。基于流场分析，沙障孔隙度不超过0.35。同样，也利用数值模拟比较了行数和行间距对机械沙障防护效益的影响，最优参数与风洞实验结果一致，而且与前人关于孔隙度、行距和行间距的研究一致。