风沙物理学复习题

风沙物理学复习题

绪论

1.风沙物理学的主要研究内容是什么？

风沙物理学是以物理学的观点来研究风与沙物质地表相互作用规律的科学

2.风沙物理学在风沙治理中的地位和作用？

通过风沙物理学研究，指导沙漠化防治工作。

3.风沙物理学的奠基人是谁？代表著作是什么？

英国科学家R.A 拜格诺《风沙和荒漠沙丘物理学》

4.国际防治荒漠化和干旱日是那天？

6月17号

5.风沙物理学研究的主要手段是什么？

风洞实验法、野外调查观测法、理论推演法。

6.风洞实验在其研究中的作用？

了解

沙漠和沙地有何异同点？

沙物质的主要来源？

河流冲积物湖河相沉积物洪积—-冲积物

基岩风化的残积——坡积物 (沙漠沙地沙物质的组成成分。)

现代半干旱、亚干旱湿润地区沙地变迁的特点是什么？

（干湿交替、沙地和土壤植被交替。）

荒漠化与沙漠化有何区别？

沙尘暴、浮沙及杨尘有何区别？

沙尘天气分为浮尘、扬沙和沙尘暴3个等级

浮尘：指在无风或风力较小的情况下，尘土、粉沙均匀地漂浮在空中，使水平能见度小于10公里的天气现象。

扬沙：指由于风力较大，将地面沙尘吹起，使空气相当浑浊，水平能见度1-10公里的天气现象。

沙尘暴：系指强风把地面大量沙土卷入空中，使空气特别浑浊，使水平能见度小于1公里的天气现象。

第二章流体力学基本理论

1.层流底层、边界层概念

边界层：流速小于主流流速９９％的流层。

在靠近流道边壁的流层内，边壁约束使流体质点基本不作横向运动，粘滞力起主导作用，该薄层称粘性地层或层流底层。

2.紊流、湍流的特性

紊流特征：流体质点以杂乱无章、相互掺混与涡体旋转为特征

3.边界层分离现象

钝形体壁面附近的流体质点会在某个位置脱离壁面，在壁面附近形成回流称为边界层分离。

流体的连续介质模型

①流体由分子组成，分子与分子间存在空隙，从微观(分子) 的角度看，流体并非是连续分布的物质。

②流体分子间的距离非常小：标准状态下，1mm3的气体包含2.7 ×1016 个分子。

③研究流体时取“微团”（质点），“微团”虽小，有足够多的分子，宏观物理量的统计平均值有意义。

④随机进入和飞出“微团”体积的分子数随时都是平衡的，这个微团体中所有分子的总体称质点。

⑤空间各点都有“微团”，流体由无数连续分布的流体微团组成，空间每一点都有宏观属性（密度、速度、压力、温度等）。

⑥连续介质模型，流体是由连续分布的流体质点所组成的，宏观物理量亦连续分布，它们是空间坐标和时间的单值连续可微函数，由数学工具研究。

第三章、近地层气流运动规律

1.紊流应力τ＝－ρu’ W’ = －ρKm (du/dy)

2.摩阻流速U＊：摩阻速度描述近地层大气风速脉动的平均大小及其数量级U＊= (τ／ρ)1/2 = (u’ W’) ½

3.大气稳定度：不稳定层结总是加强湍流发展，湍流从热力不稳定获得补充能量；中性层结动力作用总是加强湍流发展，加强的强度取决于平均运动所提供的动能；稳定层结条件下，往往是热力阻碍湍流的发展，但是当du/dy足够大时，湍流也可以加强。

4.粗糙度的物理意义，与零风速高度的联系？

下垫面的粗糙程度．

把表面的凸出部分的平均高度称为表面的粗糙因素ε。

零风速通常出现在平均表面粗糙因素以上某个高度，地表越粗糙，零风速通常出现高度也越高，因此，界定零风速通常出现高度当作下垫面粗糙尺度的一个指标。

第四章、沙物质及其基本性质

１.泥沙粒径分析有几类方法，各自适应分析的泥沙物质粒径范围？中国沙物质的主要颗粒粒径范围。

分析方法以样品粗细而定：沙粒级筛析法、粉沙和粘粒吸管法或液体比重计法。先进的方法有粒度分析仪。

1~0.05mm

２.自然沙漠沙和河床泥沙颗粒粒径有何差异？为什么？

风成沙的粒度主要由细沙组成，粗沙和粉沙含量很低，几乎不含大于１毫米的极粗沙，粒级比较集中。

风成沙（沙丘沙）与原生沙（沙源物质）相比较，风成沙变粗，分选系数变小，即沙的风选程度变好。

３.沙漠沙颜色是怎么回事？

沙颗粒颜色—取决于矿物成分并随环境条件的改变发生变化

沙丘上的色素是化学上沉淀的氧化铁，而氧化铁一部分是来自原生沙中含铁的铁镁硅酸盐矿物的变化衍生的，一部分是由粘附在砂粒表面上的载铁粘土矿物衍生的。

４.沙颗粒表面组织与环境有何关系？

沙漠环境中，沙粒孔隙中凝结水含有盐分，因此PH升高。我国沙漠地区，由东到西沙漠沙的PH由7.2升到9.0。

湿热环境沙丘水中富含氧化铝和腐植酸化合物，化学溶蚀作用强烈。从石英中分解出来的SiO2呈胶体状态，容易被水溶液搬运、凝聚、沉淀，形成硅质球、鳞片、薄膜沉淀层。

5.沙雕过程应注意那些事项?

制作过程

夯实并注水：颗粒较粗，大空隙多，沙颗粒比热比水小４倍；透水强、保水差、沙体容易升温失去水分。

金字塔型：休止角

自上而下依次完成：粉粒粘粒少，休止角

一天工作结束前喷胶，作品完成后整体喷胶：增加表层砂粒粘结；减少沙中水分蒸发，增强深沙粒间粘结力；形成保护壳抵抗风作用，并吸附大气水分软化保护壳。

维护湿沙层层衔接修补，成型喷胶：增强粘性

6.沙鸣现象产生的原因——筛匀汰净原理

条件1：风选程度好，沙粒均匀一致，非毛管孔隙多。（振动频率一致，空气中振动容易传播。）(0.11~0.25mm占98％，粉沙0.82％)；

条件2：跃移旋转运动导致沙颗粒钝／次棱角形（园度0.15～0.25）或次园状（园度0.25～0.4）；滚园沙粒不超过3％（园度0.6～1.0）。（沙颗粒运动自如）

条件3：沙粒受热增温干燥，含水量降低，有力发声并促进传播。（沙颗粒运动自如，振动容易传播）

—湿沙颗粒周围水膜水的张力阻止／减弱沙颗粒自如运动和振动传播。（含水量0.4％，一般湿沙含水量4％）

—人工筛匀汰净沙颗粒水洗等处理，在水、乙醚、酒精中都可发声。7.中值粒径、分选系数等概念

当量直径：具有相同体积的球体直径。

粒级划分：真数／mm；φ值（＝－log2 d）

中值粒径：对应于重量百分数为５０％的粒径。

平均粒径：do = 1/3 (φ16 + φ50 + φ84)

分选系数：Sc = (d 75 / d 25)1/2

梯级频率粒配曲线：颗粒粒径为横坐标，重量或粒数的频率百分数为纵坐标得到的一系列相邻的矩形图组。

累积频率粒配曲线：颗粒粒径为横坐标，以小于（或大于）某一粒径的颗粒重量占样品总重量百分数为纵坐标得到的图形。

第五章风沙流运动

1.猝发起动学的基本观点（层流底层、主流紊流层、各层对沙层颗粒

的影响）。

1)贴地层的低速带会上举和增长，主流区的高速流体也可直抵地表；贴地层由于增长后发生猝发，在一定高度变成为小涡旋，主流区的高速流体由于受到地表的摩擦阻力和形状阻力作用，发生减缓、混合和消亡。

流体边界层的最底层流层不再是二维和稳定的，而是三维和不稳定的。沿着纵向和和侧向存在着分布的高速区和低速区，而且纵向和横向的流速的变化是相互影响的。

2) 一旦上主流区出现一个随机扰动，接着就会在下游的边壁出现一个低速带的举升和振动。振动是由于低速带纵向流速比上部周围流体的流速低而引起的。

振动的增长很快，经过3－10个周期后，低速带的水流结构就崩溃，形成紊流猝发，猝发体中出现小涡旋的杂乱运动，并产生向外传