一种计算机模拟的针阔林木抗风性能分析

摘要：

自然界中的强风常常对树木造成不可逆破坏,分析强风穿过时树林内部的气流情况有利于评估树木的抗风性,更好地理解如何减轻风的影响.以阔叶树和针叶树为原型,提取了二者叶团簇和枝干构造的特点,建立两种结构不同的树木模型,组合成树林模型,在3个不同叶面积密度下进行风力作用下的仿真模拟实验.分别使用改进的k-e双方程模型和k-ω双方程模型以设置风环境,并且用龙格-库塔法分析求解湍流模型.k-e双方程模型下,当叶面积密度分别为1,5和10 m2/m3时,阔叶林背风侧20 m处的最低风速与入口风速相比下降了49.60％,67.23％和80.40％,针叶林分别为55.13％,68.90％和78.29％.k-ω双方程模型展示了阔叶树林内部风场的复杂性.结果表明,叶面积密度与树林挡风能力之间是非线性关系,树林的挡风能力随叶面积密度的上升而增强,增强到一定程度后上升幅度减缓.不同的树木结构会导致风场的变化,影响同等强度风荷载下的受损概率和挡风能力.叶面积密度高、树冠体积大的树木更容易在强风中受到损害.

关键词：数值模拟、树木结构模型、风环境、计算流体动力学(CFD)、防风林

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分类号：S712(林业基础科学)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家重点研发计划;江苏省自然科学基金面上项目;江苏省农业自主创新项目

在线出版日期：2024-02-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：158-169