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1、l 风沙起跳颗粒的粒径及速度的随机分布的概率密度函数 摘 要 此研究的目的是通过归纳总结以及线性求解的方法，借以电子计算机的图 片处理以及计算能力得出起跳颗粒的平均水平、竖直、和速度的以及粒径分布 的概率密度函数和图像。 该项目的所研究方法是通过观察风洞试验中所得到的风沙运动高速摄影图 像，使用动态图片分析软件统计记录起跳颗粒的中心点与长短轴的坐标，将所 得数据综合并输入至 Excel 使用其计算功能得出实际的颗粒的性能和各项参数， 通过 Excel 中的规划求解的功能使实测值向标准正态分布概率密度函数拟合， 得出若干个个正态分布概率密度函数的偏值、平均值与标准差。 在风洞实验中的起跳颗粒的平
2、均粒径平均水平速度、平均竖直速度、平均 合速度的分布基本符合正态分布。根据求最终均值公式可得到风洞试验中的起 跳颗粒的平均水平速度的最终均值为 0.4m/s 方向指向下风向，平均竖直速度的 最终均值为 0.1m/s 方向竖直向上，平均合速度的最终均值为 0.5m/s。根据拟合 之后所得到的正态分布概率密度函数图像可以得知颗粒的平均粒径大多在 0.2 0.8mm 之间。 关键词：起跳颗粒，风洞，概率密度函数，速度，粒径 l ABSTRACT The purpose of this study is to get the aver take-off particles speed and the
3、size distribution of the probability density function and image by induction summary and linear solution methods and computer image processing and computing power. The projects research methods is a high-speed photographic images of sand movement by the observation of the wind tunnel test, the use o
4、f dynamic image analysis software, statistical records jump the center of the particles and the length axis of coordinates, and enter the integration of the data to Excel using its computing power to work out the actual performance and the parameters of the sand in Excel Solver function of the measu
5、red values to the standard normal probability density function fit, draw the number of all normal distribution probability density function of the partial values, mean and standard deviation. Average speed of the take-off in the wind tunnel experiments, the average particle size of the particles, th
6、e average vertical speed, average resultant velocity distribution of basic normal distribution. Point downwind seek final average formula available to the average speed of the take-off particles in the wind tunnel test in the ultimate mean of 0.4m/s direction, the average vertical speed of the final
7、 average of 0.1 m/s direction straight up, an average of 0.5 m/s average and speed . According to the normal distribution probability density function image obtained after the fitting can see that the average particle size of sand grains are mostly between 0.2-0.8mm. KEY WORDS：take-off particles, wi
8、nd tunnel, the probability density function, velocity, particle size l 目 录 前 言.1 第 1 章 绪论.2 1.1研究环境及背景.2 1.2研究对象概述.2 1.3研究目的及理论基础.3 1.4研究项目及方法.3 1.5 影响沙粒运动的因素 .4 1.5.1 紊流对沙粒运动的影响 .4 1.5.2 风的脉动对沙粒运动的影响 .5 1.5.3 沙物质的自身性质 .5 1.6 沙粒起动机理及形式 .6 1.6.1 沙粒起动机理 .6 1.6.2 沙粒运动的基本形式.7 第 2 章 实验与数据处理.9 2.1 实验阶段 .9
9、 2.1.1 风洞参数 .9 2.1.2 模拟沙粒参数.10 2.2 数据处理方法 .10 2.2.1 数据量.10 2.2.2 统计方法.11 2.2.3 数据处理方法.12 2.2.4 数据拟合方法 .13 第 3 章 结果与分析.14 l 3.1起跳颗粒的平均水平速度.14 3.2 起跳颗粒的平均竖直速度 .15 3.3 起跳颗粒平均合速度 .16 3.4 起跳颗粒平均粒径 .17 3.5 起跳颗粒的粒径与合速度的离散型联合概率密度分布 .18 3.6 起跳颗粒的粒径与平均水平速度的离散型联合概率密度分布 .19 结 论.21 参考文献.22 致 谢.23 诚信声明.24 l 前 言 自
10、可持续发展（Sustainable development）的概念于一九七二年的斯德哥尔 摩举行的联合国人类环境研讨会上正式提出，人类经济社会的发展就有了新的 方向。我国从 1997 年的中共十五大便把可持续发展战略确定为我国“现代化建 设中必须实施”的战略。 但在我国的北部、西北部分地区的土地正面临着沙漠化的威胁。根据对我 国 17 个典型沙区，同一地点不同时期的陆地卫星影像资料进行分析，也证明了 我国荒漠化发展形势十分严峻。 为了实现可持续发展，解决荒漠化问题是我们当前急需处理的一大难题。 为了了解沙漠运动的过程，我们必须从微观角度来了解沙粒的运动过程。只要 掌握了沙粒的运动规律，我们就可
11、以掌握沙漠的形成、迁移的规律，从而有效 的遏制土地荒漠化的进程。沙粒的起跳是沙粒迁移的重要方法之一，从沙粒起 跳的速度以及起跳颗粒的粒径来进行研究，得出沙粒起跳的规律。使用数学手 段将其抽象画，以上所得的研究结果将能够因地制宜地应用于实际当中。 l 第 1 章 绪论 1.1研究环境及背景 据全土地沙漠化简单地说土地沙漠化就是指土地退化，也叫“沙漠化” 。 1992 年联合国环境与发展大会对荒漠化的概念作了这样的定义：荒漠化是由于 气候变化和人类不合理的经济活动等因素，使干旱、半干旱和具有干旱灾害的 半湿润地区的土地发生了退化。根据 1998 年国家林业局防治荒漠化办公室等政 府部门发表的材料指出，我国是世界上荒漠化严重的国家之一。我国沙漠、戈 壁和沙化土地普查及荒漠化调研结果表明，我国荒漠化土地面积为 262.2 万平 方公里，占国土面积的 27.4%，近 4 亿人口受到荒漠化的影响。在世界范围内 共有干旱、半干旱土地 50 亿公顷，其中 33 亿遭到荒漠化威胁。并且发展速度 非常迅速。据联合国环境规划署(UNEP)统计，全球已经受到和预计会受到荒漠 化影响的地
