摘要
本文采用大涡模拟方法模拟了高雷诺数大气边界层中的跃移颗粒和悬移粉尘运动。其中，跃移颗粒模拟采用点力模型，悬移颗粒（粉尘）模拟采用被动标量模型，并且分别考虑三种不同湍流-跃移颗粒-粉尘的耦合方式（1）纯流场，地表均匀释放粉尘；（2）流场-跃移颗粒双向耦合，地表均匀释放粉尘；（3）流场-跃移颗粒双向耦合，地表随机释放粉尘。通过分析流场、粉尘与颗粒浓度分布与相关关系等，揭示湍流对粉尘输运过程的促进（抑制）作用，我们发现： 1.在纯流场和耦合跃移颗粒的多相流流场中均存在流向速度的大尺度结构，同时纯流场中也存在较大的粉尘浓度结构，在耦合跃移颗粒情况下的粉尘浓度结构较小。粉尘浓度结构在是否耦合跃移颗粒时的变化趋势也不同，纯流场，地表均匀释放粉尘时，粉尘的流向与展向尺度都随高度先增加后减小，但尺度变化不大；与跃移颗粒耦合时粉尘结构尺度在近壁处随高度先增加后迅速下降，随后在远离壁面处再次缓慢增加。跃移颗粒浓度结构随垂向高度增加而减小。 2.相关分析发现，远离壁面时三种算例下，粉尘浓度均与流向速度呈负相关而与垂向速度呈较弱的正相关。在近壁处，流场-跃移颗粒双向耦合，地表均匀释放粉尘的情况模拟出与实验观测一致的结论，证明跃移颗粒对粉尘输运造成影响。而跃移颗粒浓度与流场，粉尘浓度与跃移颗粒浓度相关性也进一步证明流场、跃移颗粒与粉尘之间的对应关系。
NETL