基于叶团簇的树木建模与空间流场计算开题报告

全文总字数：1616字

1. 研究目的与意义

计算风力在树冠中的分布是相对较为困难的，由于树木中叶子较多，每片叶子在风力下的运动就显得非常复杂。因此，现有的方法是把较多枝叶变为叶团簇，并结合孔隙率与多孔介质的方法来赋予叶团簇的属性，并结合FLUENT来加载风力模拟冠内流场。这也是本课题的设计目的。

2. 国内外研究现状分析

树具有保持水土、防风固沙、涵养水源、调节气候、减少污染物等功能。树冠系指乔木树干和其他的连同集生枝叶的部分，其状如冠，通常将自然形成的 树冠称为自然树冠，而将经过人工修剪造型而成的树冠则称为人工树冠。长期以来，针对风场作用下树冠流场特性研究主要是采用野外观测、风洞试验以及数值模拟。

如通过边界层风动实验装置测定 3 种树冠阻力特性、风速分布以及尖端位移; sanz 等于风洞实验中使用粒子成像测速仪测定二维森林冠层流动及湍流特性；molina-aiz 等通过风洞试验测 了 4 种园艺植物的阻力系数 cd；duman 等在大气边界层内实测得了树冠气流的速度损耗和湍流耗散； irvine 等则实测了北美典型云杉林的风场和湍流强度特征。novak 等利用 dantec 三轴热线探针测定变叶面积密度的人造树的风速及湍动能分布。

国内也有少量研究者开展了树冠流场特性的研究，如关德新等利用多年的林带疏透度、透风系数的野外观测和风洞实验测试结果给出了立体型林带和平面型林带疏透度和透风系数的关系式，在此基础上讨论了林带阻力系数与疏透度和透风系数的关系。

3. 研究的基本内容与计划

采用cfd模拟手段，着重辅助于udf，运用欧拉混合模型对单棵树冠上颗粒物沉积行为进行模拟分析，着重分析树冠结构参数树冠叶面积密度lad、叶面积指数lai、粒子直径dp及运行参数幂指数速度分布v(z)对树冠上颗粒物沉积速度的影响，并与文献实验数据或理论数据进行对比验证.

计划：

3月1~3月27，搭建环境

4. 研究创新点

采用CFD模拟手段，着重辅助于UDF，运用欧拉混合模型对单棵树冠上颗粒物沉积行为进行模拟分析，着重分析树冠结构参数树冠叶面积密度LAD、叶面积指数LAI、粒子直径dp及运行参数幂指数速度分布v(z)对树冠上颗粒物沉积速度的影响，并与文献实验数据或理论数据进行对比验证。

将三维复杂的树冠结构进行简化，建立二维树冠结构简化模型。采用数值模拟和实验测试相结合的方法研究几种典型形态特征树冠的内部流场特征和流动阻力。通过对数值模拟计算结果回归分析，给出树冠流动阻力系数与叶面积指数的关系式。