基于流体运动仿真的不同林冠形状抗风强度分析

[目的]研究强风力扰动下不同林冠形状的森林内部风场分布情况,为防风林营造与种植过程中树种的选择提供理论依据.[方法]首先建立3种不同冠形林分模型(其中冠部为多孔介质模型),并根据冠形对应树种的消光系数确定多孔介质的孔隙率与叶面积指数(leaf area index,LAI)的关系;然后以κ-ε湍流模型为基础,在动量方程中添加源项,建立三维树冠流计算模型,计算3种冠形在强风力下林分内部各处风速、风压与湍流动能强度.[结果]圆锥形林冠林内风速最小值(0.047 m/s)与圆台形林冠林内风速最小值(0.076 m/s)相差0.029m/s.椭球形林冠林内风速最小值为0.940 m/s,且波动大于其他冠形.圆锥形林冠林内压差与湍流动能强度均最小,分别为30.22 Pa和0.17％.椭球形林冠林内压差最大,压差均值为62.14 Pa.圆台形林冠林内湍流强度最大,最大值为25.19％.[结论]结合湍流动能强度对树木抗风安全性的影响,以及风速的降低和压差减少作用,在构建防风林体系时,应选择与圆锥形林冠特点相似树冠的树种,使得防风林的抗风效果更强.