中文摘要：

本项目在尘卷风尺度模型中，引入环境涡量、地表温度及地表粗糙度等热力或物理参数反映下垫面的影响。通过设置不同的热力或物理参数，得到了不同特征的数值尘卷风，分析了它们的风场特点。热对流胞理论的基础是地球尘卷风起源于大气对流边界层内的弱垂直旋涡，故可以引入环境涡量来表示初始状态；引入地表粗糙度的概念反映地表特征，特别是用地面摩擦造成的环境涡量的降低（垂直变化）来间接表示地面粗糙度的影响及效果；地面和在其上部的空气之间的温差是形成对流的根本原因，也是形成尘卷风的基本动力。运用CFD－DEM方法模拟气固两相运动时，绝大数力学模型隐含了颗粒光滑表面假设。对于风沙运动，沙粒表面往往比较粗糙，本项目解决了由表面粗糙度引起的冲击摩擦能量损失的计算以及颗粒接触时间与接触面积以及颗粒相间的传热的问题。本项目基于水的电化学理论和颗粒动力学，提出了一个风沙流中的颗粒静电带电模型，并对沙尘的带电过程进行了微观动态模拟。颗粒动力学模拟揭示了颗粒带电量与颗粒温度的变化规律表明，不同大小的颗粒平均带电量随时间的变化规律为大颗粒平均的带电量为正、小颗粒平均的带电量为负，这一结果解释了风沙电场的产生机制。