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’) ½3.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。

1~0.05mm２.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，并产生向外传播的压力波。

3)由于低速带的抬升，近壁层流层出现空白，主流区的一股高速流很快地下去补充，并以5－15度的角度“扫荡”床面。

观察表明，它可以把0.1毫米的沙颗粒扫出一条通道。

被推动的泥沙除了向前运动外，并向侧向扩散。

然后由于地表的摩阻和形阻作用而迅速减弱、混合和消失。

一个紊流猝发过程就结束。

4)扰动、低速带上举、高速流扫荡的整个猝发过程发生的频率，是与流体摩阻流速的三次方成正比的。

5)5) 随着沙床表面粗糙度的增大，低速带上举的角度也随之增大（有时可以达到垂直状态），而高速带主流区扫荡流体的减速也随之加快，垂直脉动也随之加强6) 近壁层流体的举升主要带动悬移质起悬，而主流区高速带的扫荡主要是推动蠕移质的移动、带动跃移质的起跳。

2.沙颗粒启动过程和机制。

在风力作用下，当风速达到某一临界值时，个别突出的沙粒受到湍流运动和压力脉动的影响，开始出现振动或小摆动；当风速增大超过临界值之后，沙粒的振动也随之加快，正面推力和上升力也随之加大，并足以克服重力的影响，在较大旋转力的作用下，促使一些最不稳定的沙粒首先沿沙面滚动或滑动和滑移，由于沙颗粒的几何形状和所处的空间位置的多样性以及受力状况的多变性，因此，在滚动和滑移的过程中有些沙粒与地表突起的沙粒碰撞，或被其他沙粒碰撞时，会获得很大的冲量。

于是，沙颗粒在冲击力的作用下，在碰撞瞬间由水平运动急剧转变为近乎垂直运动进入气流中。

3.沙颗粒碰撞现象发生的条件、对沙颗粒起跳运移有何影响？下降颗粒对地表的碰撞的作用基础作用_____使地表颗粒活化并激发起来,直接促进沙表层颗粒蠕移运动.悬移质的驱散作用，使悬移质容易随气漩飘移发展作用_____促进蠕移运动转化为跃移运动，加剧沙面的跃移运动,提高沙面的输沙强度.旋转作用_____促进沙粒作旋转作用,给少数沙粒升力作用.4.为何沙颗粒运动总伴随旋转运动！1) 沙颗粒大小不一,形状各异,表面粗造,在沙面上排列是随机的.一旦被风力吹动,颗粒表面在摩察和颗粒阻力力矩等合力力矩作用下的运动是势必是旋转运动.2)沙颗粒对地面颗粒的偏心碰撞使颗粒跃起后作旋转动运动,,然后在惯性力的作用下,颗粒在空中运移也作旋转运动.3) 空中旋转运动的颗粒碰撞后,使颗粒旋转运动的旋转轴和旋转形式发生变化,从而使风沙流中的旋转运动更加多变和多样化.4) 气流涡体切变的变形作用促进沙颗粒作旋转运动.5.风沙流结构及其特征风沙流结构是指风沙流中沙粒数量随垂直高度的分布特征及变化规律1) 风沙流是一种贴近地表的运动动现象2) 靠近地表其气流所含沙粒越粗3) 风沙流的结构式(第一定律)4) 风沙流结构的第二定律风沙流浓度随高度按指数衰减，其相对衰减率随风速和沙粒粒径的增大而减小。

5) 风沙流结构的第三定律 0~10cm高度层内,风沙流中的输沙量与2米高度风速呈现对数函数关系6) 风沙流结构与地表的积蚀状态λ＞1 非饱和风沙流地表风蚀λ＜1 过饱和风沙流地表发生堆积λ＝1 饱和风沙流非蚀积搬运6.风沙流运动三大定律风沙流的结构式(第一定律)风沙流结构的第二定律风沙流浓度随高度按指数衰减，其相对衰减率随风速和沙粒粒径的增大而减小。

风沙流结构的第三定律 0~10cm高度层内,风沙流中的输沙量与2米高度风速呈现对数函数关系7.砾漠大风地区沙粒搬运高度比沙漠地区高很多？➢砾石床面，跃移质主要以反弹形式碰撞，消耗于扰动地面的能量少；因此弹跳的高。

➢沙粒运移的高，增加了上层气流中搬运的沙量。

➢沙粒运移的高而远，近地面沙子浓度降低，空中碰撞机会减少，能量消耗少，因此在一定风速条件下，总输沙量高。

所以相比之下，砾漠地区比流动沙漠地区沙粒搬运的高；沙量随高度增加而减少缓慢，且总输沙量大。