基于正交试验和Fluent仿真的作物残茬防风蚀效应研究
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２１ ０ ７月 １年
农 机 化 研 究
第 ７期
基 于 正 交 试 验 和 Ｆｕ ｎ ｌｅ ｔ仿 真 的 作 物 残 茬 防 风 蚀 效 应 研 究
包 洪 涛 ，赵 士杰
（ 内蒙 古 农业 大学 机 电工 程 学 院 ，呼 和浩 特
摘
００ １ ） １ ０ ８
要 ： 利 用 可移 动式 风 蚀 风 洞进 行 了作 物 留 茬地 表抗 风 蚀 试 验 ， 不 同作 物 种 类 、 对 留茬 高 度 、 盖 度 的 留茬 地 覆
个水平 ， 使用正交试 验 的方法安排试 验 ， 首先不考 虑
因素间的交互作用 ， 选用 Ｌ （ 正交表安排试验 ， 。３） 以
５种风 速 下 的 总输 沙量 作 为试 验 指标 。 试 验 安 排如 表 １ 示 。 所
作者简 介：包 洪涛 （ ９ ８一）， ， 宁朝 阳人 ， 士研究 生 ， Ｅ—ｍａ ） １７ 男 辽 硕 （ ｉ ｌ
动式 风蚀 风 洞 由过 渡 段 、 流 段 、 缩 段 和 试 验 段 组 整 收
因素 ， 中人类活动对 目前我 国土地沙漠化进程 的影 其 响大于 自然 因素。农 田土壤风蚀是在干旱 、 半干旱 以 及半湿润地 区由于人类不合 理 的生产 活动与 自然环 境不协调所产 生的 以风沙 活动为 主要标 志 的土地退 化 。农 田土壤风蚀 是造成 干旱 半干旱 地 区农 田退 Ｊ 化、 土地沙漠 化 的主要 因素之 一 ， 以旱 作农 田最为 尤
１ 试 验设计及研究方法
１ １ 试验 仪器 ．
经济问题 ， 也是全球气候变化 的重要 内容 。引起土 Ｊ
地 沙 漠化 的 因 素 很 多 ， 自然 因素 、 会 因素 和 人 为 有 社
本试验使用内蒙古农业大学 自行研制 的 Ｏ Ｄ Ｆ Ｙ一 １ ２型 可 移 动式 风 蚀 风 洞 进 行 。 Ｏ Ｄ ． Ｆ Ｙ一１ ２型 可 移 ．
所需功率 为 ３ ｋ ０ Ｗ。风蚀 物 由旋 风分 离式 集 沙仪 收 集， 集沙仪 由气流 管、 风分离 器、 沙盒 、 旋 集 防护罩 和
支 撑 座 等 ５个 主 要 部 分 组 成 。每 个 集 沙 盒 的 最 大 集
沙量为 ４ ｇ ０ 。该集沙仪高 ０ ８ ｍ， ．４ 沿高度 方 向分布 １ ０ 个气流管 ， 通过气流 管可收集 到垂直 方 向上 １ 高 ０个
表 防 治农 田土 壤 风 蚀 的保 护 能 力 进 行 研究 ， 用 正 交 设 计 来 安 排试 验 。利 用 计 算 流 体 力 学 （ Ｆ 软 件 Ｆｕｎ 对 应 Ｃ Ｄ） ｌｅｔ
０Ｄ Ｆ Ｙ一１ ２型 可 移 动 式 风蚀 风 洞 中气 流 流场 进 行 模 拟 ， 观 地 了解 作 物 留茬 对 风洞 内流 场 的 影 响 。 ． 直
控性 ， 可 能 降低 农 田土 壤 的 风蚀 程度 。 物 留茬 对 气 尽 流运 动 规律 的影 响成 为 可 能 。本 文 采 用 Ｆｕｎ 软 件 ， ｌｅｔ
取样 时使用 内蒙古农业大学研制的框式取样 器 ， 土样
放 人取 样 箱 内 ， 有 效 避 免 土 样 的 破 坏 ， 持 土 样 的 可 保 自然状 态 ， 量 与原 状 土 一致 。 尽
试 验 用 原状 土 样采 于 ２ １ ００年 ４月作 物 播种 前 ， 位
状态 ， 并且在这段时间内降水较少 、 土壤干燥 、 比较 风
于 内蒙古武川县 上秃亥乡 的 内蒙古农 业科学 院旱作 试验站的莜麦 、 小麦 、 油菜 留茬地 ， 分别选取覆盖度 为
２ ％ ，０ ，０ 的 留茬 地 ， 成 茬 高 为 １ ２ ，０ ｍ ０ ３ ％ ４％ 制 ０，０ ３ ｃ
的试 验 土 样 。 土 样 规 格 为 ０ ５ ｘ０ ４ｎ ｘ０ １ ｍ。 ． ． ｉ ． ５ ｍ
大、 刮风时间较长 。本文使 用移 动式 风蚀风洞 ， 过 通
对不 同作物留茬土壤进 行试 验 ， 测量在 不同风速下不 同覆盖度 、 残茬 高度土壤 风蚀量 的变化 规律 ， 主要 考 虑人为能控 制的因素 ， 并利用这些 因素 的有用性 与可
关键词 ：土壤风蚀 ；风 洞 ；正交试验 ； Ｆｕ ｎ ｌｅｔ 中图分类号 ：Ｓ ５ ． １７ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ １ ８ ２ １ ） ７—０ ６ ０ ０ ３— ８ Ｘ（ ０ １ ０ １ ７－ ３
０ 引言
土地 沙 漠 化是 当今 世 界 面 临 的重 大 环境 、 会 和 社
严 重 Ｊ 土壤 风 蚀 是 侵 蚀 及 塑 造 地 球 景 观 的基 本 地 。 貌 过程 之 一 ， 土壤 及 其 母 质 在 风力 作 用 下 发 生 的侵 是
成 。风 洞全 长 １ ．ｍ， 中试 验段 长 ７ ２ 截 面 宽 为 １８ 其 ． ｍ， １０ 高 为 １２ 风 速 在 ０～ ０ ／ 范 围 内连 续可 调 ， ． ｍ， ．ｍ， ２ｍ ｓ
度 的风蚀 量 。
１ ２wk.baidu.com试 验 方法 ． １ ２ １ 田间取 样 ． ．
蚀、 分选和搬 运 的过程 ， 实质 是气流 或气 固两相 ｊ其 流对 地 表 物 质 的 吹 蚀 和 磨 蚀 过 程 Ｊ 。北 方 地 区农 田
一
年只种植 一季作物 ， 从前一年 的十月份收获到第二
年 的 四五 月 份 播 种 出 苗 前 这 段 时 间 内农 田处 于 裸 露
１ ２ ２ 正交 试验 安 排 ．．
用数值分析方法对风洞 内流场进 行分析 ， 能清楚地看
出气 流 经过 留茬 地表 时 的速度 变 化 分 布情 况 。
收 稿 日期 ：２ １ ０ ２ ００— ９— ０ 基金项 目：国家 自然科学基 金项 目（ ０ ６０ ３ ４８１１）
在 以前试验 的基础 之上 ， 选择 了作 物种 类 、 覆盖 度、 残茬高度 ３ 因素作为试验对象 ， 个 每个 因素选择 ３
ｂ ｏ ｏ ｇ ａ １ ３＠ １ ３． ｏ 。 ａ ｈ ｎ ｔｏ ６ ６ ｃｒ ｎ
农 机 化 研 究
第 ７期
基 于 正 交 试 验 和 Ｆｕ ｎ ｌｅ ｔ仿 真 的 作 物 残 茬 防 风 蚀 效 应 研 究
包 洪 涛 ，赵 士杰
（ 内蒙 古 农业 大学 机 电工 程 学 院 ，呼 和浩 特
摘
００ １ ） １ ０ ８
要 ： 利 用 可移 动式 风 蚀 风 洞进 行 了作 物 留 茬地 表抗 风 蚀 试 验 ， 不 同作 物 种 类 、 对 留茬 高 度 、 盖 度 的 留茬 地 覆
个水平 ， 使用正交试 验 的方法安排试 验 ， 首先不考 虑
因素间的交互作用 ， 选用 Ｌ （ 正交表安排试验 ， 。３） 以
５种风 速 下 的 总输 沙量 作 为试 验 指标 。 试 验 安 排如 表 １ 示 。 所
作者简 介：包 洪涛 （ ９ ８一）， ， 宁朝 阳人 ， 士研究 生 ， Ｅ—ｍａ ） １７ 男 辽 硕 （ ｉ ｌ
动式 风蚀 风 洞 由过 渡 段 、 流 段 、 缩 段 和 试 验 段 组 整 收
因素 ， 中人类活动对 目前我 国土地沙漠化进程 的影 其 响大于 自然 因素。农 田土壤风蚀是在干旱 、 半干旱 以 及半湿润地 区由于人类不合 理 的生产 活动与 自然环 境不协调所产 生的 以风沙 活动为 主要标 志 的土地退 化 。农 田土壤风蚀 是造成 干旱 半干旱 地 区农 田退 Ｊ 化、 土地沙漠 化 的主要 因素之 一 ， 以旱 作农 田最为 尤
１ 试 验设计及研究方法
１ １ 试验 仪器 ．
经济问题 ， 也是全球气候变化 的重要 内容 。引起土 Ｊ
地 沙 漠化 的 因 素 很 多 ， 自然 因素 、 会 因素 和 人 为 有 社
本试验使用内蒙古农业大学 自行研制 的 Ｏ Ｄ Ｆ Ｙ一 １ ２型 可 移 动式 风 蚀 风 洞 进 行 。 Ｏ Ｄ ． Ｆ Ｙ一１ ２型 可 移 ．
所需功率 为 ３ ｋ ０ Ｗ。风蚀 物 由旋 风分 离式 集 沙仪 收 集， 集沙仪 由气流 管、 风分离 器、 沙盒 、 旋 集 防护罩 和
支 撑 座 等 ５个 主 要 部 分 组 成 。每 个 集 沙 盒 的 最 大 集
沙量为 ４ ｇ ０ 。该集沙仪高 ０ ８ ｍ， ．４ 沿高度 方 向分布 １ ０ 个气流管 ， 通过气流 管可收集 到垂直 方 向上 １ 高 ０个
表 防 治农 田土 壤 风 蚀 的保 护 能 力 进 行 研究 ， 用 正 交 设 计 来 安 排试 验 。利 用 计 算 流 体 力 学 （ Ｆ 软 件 Ｆｕｎ 对 应 Ｃ Ｄ） ｌｅｔ
０Ｄ Ｆ Ｙ一１ ２型 可 移 动 式 风蚀 风 洞 中气 流 流场 进 行 模 拟 ， 观 地 了解 作 物 留茬 对 风洞 内流 场 的 影 响 。 ． 直
控性 ， 可 能 降低 农 田土 壤 的 风蚀 程度 。 物 留茬 对 气 尽 流运 动 规律 的影 响成 为 可 能 。本 文 采 用 Ｆｕｎ 软 件 ， ｌｅｔ
取样 时使用 内蒙古农业大学研制的框式取样 器 ， 土样
放 人取 样 箱 内 ， 有 效 避 免 土 样 的 破 坏 ， 持 土 样 的 可 保 自然状 态 ， 量 与原 状 土 一致 。 尽
试 验 用 原状 土 样采 于 ２ １ ００年 ４月作 物 播种 前 ， 位
状态 ， 并且在这段时间内降水较少 、 土壤干燥 、 比较 风
于 内蒙古武川县 上秃亥乡 的 内蒙古农 业科学 院旱作 试验站的莜麦 、 小麦 、 油菜 留茬地 ， 分别选取覆盖度 为
２ ％ ，０ ，０ 的 留茬 地 ， 成 茬 高 为 １ ２ ，０ ｍ ０ ３ ％ ４％ 制 ０，０ ３ ｃ
的试 验 土 样 。 土 样 规 格 为 ０ ５ ｘ０ ４ｎ ｘ０ １ ｍ。 ． ． ｉ ． ５ ｍ
大、 刮风时间较长 。本文使 用移 动式 风蚀风洞 ， 过 通
对不 同作物留茬土壤进 行试 验 ， 测量在 不同风速下不 同覆盖度 、 残茬 高度土壤 风蚀量 的变化 规律 ， 主要 考 虑人为能控 制的因素 ， 并利用这些 因素 的有用性 与可
关键词 ：土壤风蚀 ；风 洞 ；正交试验 ； Ｆｕ ｎ ｌｅｔ 中图分类号 ：Ｓ ５ ． １７ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ １ ８ ２ １ ） ７—０ ６ ０ ０ ３— ８ Ｘ（ ０ １ ０ １ ７－ ３
０ 引言
土地 沙 漠 化是 当今 世 界 面 临 的重 大 环境 、 会 和 社
严 重 Ｊ 土壤 风 蚀 是 侵 蚀 及 塑 造 地 球 景 观 的基 本 地 。 貌 过程 之 一 ， 土壤 及 其 母 质 在 风力 作 用 下 发 生 的侵 是
成 。风 洞全 长 １ ．ｍ， 中试 验段 长 ７ ２ 截 面 宽 为 １８ 其 ． ｍ， １０ 高 为 １２ 风 速 在 ０～ ０ ／ 范 围 内连 续可 调 ， ． ｍ， ．ｍ， ２ｍ ｓ
度 的风蚀 量 。
１ ２wk.baidu.com试 验 方法 ． １ ２ １ 田间取 样 ． ．
蚀、 分选和搬 运 的过程 ， 实质 是气流 或气 固两相 ｊ其 流对 地 表 物 质 的 吹 蚀 和 磨 蚀 过 程 Ｊ 。北 方 地 区农 田
一
年只种植 一季作物 ， 从前一年 的十月份收获到第二
年 的 四五 月 份 播 种 出 苗 前 这 段 时 间 内农 田处 于 裸 露
１ ２ ２ 正交 试验 安 排 ．．
用数值分析方法对风洞 内流场进 行分析 ， 能清楚地看
出气 流 经过 留茬 地表 时 的速度 变 化 分 布情 况 。
收 稿 日期 ：２ １ ０ ２ ００— ９— ０ 基金项 目：国家 自然科学基 金项 目（ ０ ６０ ３ ４８１１）
在 以前试验 的基础 之上 ， 选择 了作 物种 类 、 覆盖 度、 残茬高度 ３ 因素作为试验对象 ， 个 每个 因素选择 ３
ｂ ｏ ｏ ｇ ａ １ ３＠ １ ３． ｏ 。 ａ ｈ ｎ ｔｏ ６ ６ ｃｒ ｎ