蘭州大學(xué)“風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的多場(chǎng)耦合特性及規(guī)律的力學(xué)研究”項(xiàng)目獲教育部高等學(xué)?？茖W(xué)研究youxiu成果獎(jiǎng)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，這是繼周又和教授與鄭曉靜院士于2005年在電磁固體力學(xué)領(lǐng)域的研究成果獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)后再次獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)。

  該項(xiàng)目針對(duì)沙漠化及沙塵暴重大環(huán)境課題，開展了以揭示其特征與規(guī)律的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)研究。我司有幸參與了項(xiàng)目課題的設(shè)備服務(wù)工作，為課題組從2012年開始提供高精度的風(fēng)沙測(cè)量?jī)x器及數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)設(shè)備，并提供全程的安裝調(diào)試服務(wù)，為科研提供有力的售后保障服務(wù)。

  該項(xiàng)目*初面臨理論模型不成熟和實(shí)驗(yàn)技術(shù)限制的情況，加之遇到的多場(chǎng)耦合、隨機(jī)性、跨尺度、非線性等交織的共性科學(xué)難題，課題組立足科學(xué)前沿，從力學(xué)深層次上提出了一新的學(xué)術(shù)思想，將風(fēng)的測(cè)量分為“展”向和“流”向進(jìn)行矩陣分布，并設(shè)立30米的主塔，作為風(fēng)沙主梯度進(jìn)行測(cè)量研究。當(dāng)流場(chǎng)有一個(gè)主要的流向時(shí)，渦的方向和此流向平行叫流向渦；渦的方向和此流向垂直叫展向渦。一般的渦可以分解成流向渦與展向渦兩個(gè)分量。展向觀測(cè)由八個(gè)小塔組成，每個(gè)塔垂直方向分四層觀測(cè)層。流向觀測(cè)由十五個(gè)小塔組成，每個(gè)小塔為一層觀測(cè)層。

  30米主塔為渦的主觀測(cè)點(diǎn)，塔上粉塵觀測(cè)分十一層，分別為0.9米、1.71米、2.5米、3.49米、5米、7.15米、8.5米、10.24米、14.65米、21米、30米觀測(cè)層。觀測(cè)每層PM10以內(nèi)的粉塵濃度。粉塵儀都裝在高強(qiáng)度、耐腐蝕的保護(hù)箱內(nèi)，使用支架安裝到鐵塔橫臂上。粉塵儀全部為供電自啟動(dòng)模式，數(shù)據(jù)由一臺(tái)CR3000采集器處理，保證了數(shù)據(jù)的同步性。

  此次形成了由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和基本模型建立和高精度定量分析方法相結(jié)合的一條合理、完整、可行的研究路線，采用了氣-沙兩相流的理論框架和研究手段，增進(jìn)了對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)隨機(jī)性、非線性、多場(chǎng)耦合和跨尺度等共性科學(xué)問題開展有效研究的認(rèn)知，有力地促進(jìn)了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)研究的向前發(fā)展。而在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理方法、基本理論建模及定量分析、以及有效揭示風(fēng)沙流特征規(guī)律等方面均取得了原創(chuàng)成果。

  該項(xiàng)目所取得的研究成果已獲國(guó)內(nèi)外力學(xué)、顆粒物理、大氣、環(huán)境、制藥、空間科學(xué)等領(lǐng)域?qū)W者的高度好評(píng)和大篇幅采用，其研究對(duì)這一領(lǐng)域和本學(xué)科起到了**性的作用。

  據(jù)悉，沙漠化與沙塵暴是備受國(guó)際關(guān)注的重大環(huán)境災(zāi)害，其產(chǎn)生主因是大量散體沙粒在風(fēng)場(chǎng)作用下的集群運(yùn)動(dòng)，即風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)。由于沙粒運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性以及與風(fēng)場(chǎng)湍流和與流動(dòng)沙床表面間的互饋所導(dǎo)致的多重非線性、兩相流與熱對(duì)流和風(fēng)沙電場(chǎng)的多場(chǎng)耦合性、沙粒碰撞地表的擊濺過程與風(fēng)沙流形成演化過程交織的跨尺度性，使得對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)知和揭示一直成為風(fēng)沙物理學(xué)和沙漠化研究的難點(diǎn)。2005年《Science》列出125個(gè)重要科學(xué)問題中唯壹與力學(xué)直接相關(guān)的問題是 “能否發(fā)展關(guān)于湍流動(dòng)力學(xué)和顆粒材料運(yùn)動(dòng)學(xué)的統(tǒng)一理論”，而風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)研究作為這類重要科學(xué)問題的典型對(duì)象是力學(xué)面臨的新挑戰(zhàn)。

目前該課題組，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外發(fā)表多篇論文：

1.Tianli Bo, Xiaojing Zheng, Shaozhen Duan, Yirui Liang, The influence of sand diameter and wind velocity on sand particle lift-off and incident angles in the windblown sand flux, Sedimentary Geology, 2013, 290(4)：149-156

2.HongYou Liu，GuoHua Wang，XiaoJing Zheng，Spatial Length scales of large-scale structures in atmospheric surface layers, Physical Review Fluids,2017.6.16, 2(6):064606

3.HongYou Liu, TianLi Bo, YiRui Liang, The variation of large-scale structure inclination angles in high Reynolds number atmospheric surface layers, Physics of Fluids, 2017.3.24, 29(3):035104

4.Guohua Wang, Xiaojing Zheng, Very large scale motions in the atmospheric surface layer: a field investigation, Journal of Fluid Mechanics, 2016,802:464-489

5.Guohua Wang, Tianli Bo, Jinghong Zhang, Wei Zhu, Xiaojing Zheng, Transition region where the large-scale and very large scale motions coexcist in atmospheric surface layer, Journal of Turbulence, 2014,15(3): 172-185

6.Guohua Wang, Tianli Bo, Jinghong Zhang, Dezhen Zhu, Xiaojing Zheng, The critical frequency of the large-scale vortices and the background turbulence in desert area, Atmospheric Research, 2014,143(24):293-300