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【摘要】：为研究沿海防护林网的防风效能，采用计算流体力学软件FLUENT对上海浦东新区的水杉林网周围的气流场分布进行了数值模拟。结果表明：水杉林网对气流有着明显的削弱作用，风速在林带前5H左右处逐渐下降，在林带后出现回流现象，随后林带对气流的作用逐渐减弱，风速逐渐恢复。各林带的有效防护距离在10H左右，因此，林网中林带间距设置在15H左右比较合适。 【关键词】：防护林网；数值模拟;计算流体力学 0引言 沿海防护林体系可有效减弱防御台风、风暴潮的危害[1]，对改善沿海地区生态环境有积极的意义[2]。对防护林网防护效应的研究方法多采用野外实地观测法或风洞实验法[3]。野外实地观测法观测点有限，难以描述林带的空气动力学机制;风洞实验法林带模型制作耗时长、成本高。而计算流体力学(CFD)方法通过结合林带结构，可以反映林带周围流场的连续变化，同时减少大量人力和物力，大大提高预测精度[4-5]。本研究结合上海滨海地区水杉防护林网的结构，采用CFD软件，模拟气流通过防护林网时的变化情况，评价林网的防风效能，以期为沿海防护林的结构优化和宏观配置提供科学依据和技术参考。 1资料与方法 1.1研究区概况及林网选择 研究区位于上海市浦东新区书院镇，东临东海，属亚热带湿润季风气候。研究对象为山海向陆地方向依次分布，平行于海岸线的胜利塘、军垦塘、人民塘3条 水杉林带组成的林网。在进行数值模拟之前，每条林带选取4个600m2的样方，调查林带的基本结构。林带结构参数调查结果，见表1。 1.2数值模拟方法 采用ANSYSICEMCFD对水杉林网网格进行布 置，并导入FLUENT中对林带参数、流场条件等进行设置，模拟后对结果进行分析、绘图。林带的基本参数已山表1给出。 1.2.1求解区域将水杉林带平均高20m设置为1个单位H，流场中其他距离均以H为单位进行转化。山 表1林带结构参数调查表 林带位置 林带群落 宽度/m 平均高度/m 平均枝下高/m 冠层疏透度 下部疏透度 胜利塘 水杉纯林 30 20 2 0.5 0.8 军垦唐 水杉纯林 15 20 2 0.3 0.8 人民塘 水杉纯林 50 20 2 0.3 0.8 表1可知，林带冠层和下部疏透度明显不同，因此本研究将林带划分为上下2个不同的区域[6]。根据各林带的宽度、高度和相对位置，林网中林带在FLUENT中的布置如图1。 1.2.2控制方程本研究模拟的是防护林带影响范围内无扰动的地面边界层，受地面粗糙度影响明显，湍流得到充分发展，属于不可压缩气流，因此采用高雷诺系数的左-6模型[7-8]。分布。同时，将林后相对风速为70%以下的区域视为林带的有效防护范围[17]。之后，输出各林带周围的气流流线分布图（见图3~5)。 山图2可以看出，林网对气流流速和结构的影响_十分明显。气流山入口运动到第1条林带前5H左右，流速丌始衰减，之后衰减速度逐渐加快，到林带前缘风速已降至50%以下。气流在经过林带时发生了分离：一部分气流穿过林带，另一部分从林带上方绕过。 图3可以看出：林带上方气流流线明显向上弯曲，其流速超过了入口风速。随后上层受挤压的气流下沉并形成回流，回流区呈椭圆形?(见图3?5)。之后，随着回流的减弱，流速逐渐恢复至入口流速的80%左右时(第2条林带前5H左右），气流开始受到第2条林带的影响，风速再次下降。气流场在第2、第3条林带周围的分布有第1条林带大致相同（见图3?5)，即：气流在接近林带前缘时流速逐渐下降，在林带后山于上方气流的下沉与林网内气流汇合，在一定距离内出现回流，之后气流逐渐恢复，从图2可以看出，山于第2、第3条林带后方距离较长，风速最终恢复到初始状态。 |
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