Autori: Bogdan-Iulian DOROFTEI, Mircea DEGERATU, Georgeta BANDOC
Anul apariţiei: 2024
Nr. pagini: 184 pagini
ISBN: 978-630-6518-30-2
Tehnic – eroziunea eoliană a solului
Disponibilitate: La cerere
Citește câteva pagini/Read a few pages 
Despre carte / About the book
Lucrarea de față are un caracter profund de originalitate și de complexitate, îmbinând componenta teoretică a problemelor abordate cu rezolvarea lor numerică. În capitolele care compun cartea, se alternează expunerea noțiunilor teoretice de bază cu porțiunile în care sunt prezentate modele CFD și teste numerice, pe baza cărora au fost stabilite modalități de protecție a terenurilor nisipoase la acțiunea erozivă a vântului.
Scopul acestei cărți este, în principal, de a prezenta posibilitatea reducerii semnificative a eroziunii solurilor nisipoase prin utilizarea obstacolelor de protecție permeabile pentru reducerea vitezei vântului incident, aceasta fiind realizată prin efectuarea a o serie de simulări numerice a fenomenelor specifice atât la scară redusă cât și la scară naturală, utilizându-se diferite obstacole permeabile (obstacole naturale constând în perdele forestiere sau obstacole artificiale constând în ecrane de tip plase echivalente).
Rezultatele obținute în urma simulărilor numerice sunt analizate prin reprezentări grafice, în urma acestora desprinzându-se o serie de concluzii cu privire la metode de reducere a vitezei vântului din aval de obstacolele de protecție permeabile.
Prezenta carte este organizată pe trei capitole care prezintă modul prin care se realizează antrenarea și transportul particulelor de nisip sub acțiunea vântului și, mai ales, simulările numerice privind modalități de reducere a acestui fenomen.
Capitolul 1 intitulat Analiza caracteristicilor de mediu din zonele cu terenuri nisipoase, abordează problema economică și socio-economică a degradării solurilor, la nivel internațional, prezentând anumite zone afectate de eroziunea eoliană, din punct de vedere istoric si geografic, dar și zone din România care au suferit și/sau suferă de acest fenomen.
Capitolul 2 denumit Simularea numerică a mișcării aerului în prezența unor obstacole cu diferite grade de permeabilitate, prezintă o serie de simulări numerice ale mișcării aerului în prezența unor obstacole cu diferite grade de permeabilitate și începe cu o introducere asupra scărilor de turbulență și a modului de calcul a acestora, concentrându-se pe scara lungimii lui Kolmogorov.
Rezultatele au arătat că, prin așezarea succesivă și cu înălțimi variabile, crescătoare de la mic la mare și de la mare la mic, a obstacolelor permeabile, viteza în aval de acestea se reduce sub valoarea limită admisă.
Sunt prezentate, de asemenea, trei tipuri de simulări pentru modelarea mișcării turbulente, și anume simularea numerică directă (DNS), simulările Navier-Stokes mediate Reynolds (RANS) și simulările cu unități macroscopice (LES).
Capitolului 3 denumit Teste numerice privind soluții de diminuare a eroziunii nisipului sub acțiunea vântului, prezintă o serie de simulări numerice în programul de modelare în element finit COMSOL Multiphysics, la scară naturală, pentru un domeniu de calcul ales, pentru diferite categorii de viteze ale vântului de referință și pentru diferite grupe de protecție caracterizate prin numărul de ecrane de protecție.
S-au realizat numeroase simulări pentru fiecare caz al vântului de referință, funcție de numărul de ecrane permeabile amplasate în aval de secțiunea de intrare a domeniului de calcul, urmărindu-se repartițiile verticale ale vitezei întro serie de secțiuni situate în aval de grupul de ecrane permeabile de protecție. În urma simulărilor se prezintă grafice pentru valorile câmpului de viteze cu scopul de a observa în ce situații viteza din banda substratului limită laminar scade sau depășește valoarea de referință.
Acest lucru ajută la înțelegerea mai bună a fenomenului de eroziune a solurilor nisipoase situate în aval de unul sau mai multe ecrane permeabile și implicit la stabilirea unor soluții de alegere și amplasare a acestor ecrane în calea vântului care afectează zone sensibile la antrenarea particulelor de nisip.
Testele numerice prezentate în lucrarea de față, având ca scop urmărirea protecției la fenomenul de antrenare a nisipului din zonele cu terenuri nisipoase, sub acțiunea vântului natural, prin utilizarea de ecrane de protecție naturale sau artificiale echivalente, au pus în evidență faptul că, pentru o bună parte dintre vitezele vântului și pentru cea mai mare parte dintre ansamblurile de ecrane de protecție alese pentru analiză, s-a obținut o puternică scădere a vitezei vântului în aval de ecrane, până la nivelul la care curentul de aer nu mai antrenează nisip.
Prin urmare, având la bază rezultatele obținute în cadrul prezentei cărți, se poate realiza o foarte bună protecție a terenurilor nisipoase la fenomenul de antrenare a nisipului de către vânt prin amplasarea, pe direcția vântului dominant, de ecrane de protecție naturale (perdele forestiere de protecție) sau de ecrane de protecție artificiale cu coeficienți de permeabilitate echivalenți.
The present work has a profound character of originality and complexity, combining the theoretical component of the addressed problems with their numerical solution. In the chapters that make up the book, the exposition of the basic theoretical notions is alternated with the portions where CFD models and numerical tests are presented, based on which methods of protecting sandy lands from the erosive action of the wind have been established.
The purpose of this book is mainly to present the possibility of significantly reducing the erosion of sandy soils by using permeable protective obstacles to reduce the incident wind speed, this being achieved by performing a series of numerical simulations of specific phenomena both on a small scale and at natural scale, using different permeable obstacles (natural obstacles consisting of forest curtains or artificial obstacles consisting of equivalent mesh screens).
The results obtained from the numerical simulations are analyzed through graphical representations, following which a series of conclusions are drawn regarding methods of reducing the wind speed downstream of the permeable protective obstacles.
The present book is organized into three chapters that present the way in which the entrainment and transport of sand particles under the action of the wind is carried out and, above all, the numerical simulations regarding ways to reduce this phenomenon.
Chapter 1, entitled Analysis of the environmental characteristics of areas with sandy lands, addresses the economic and socio-economic problem of soil degradation, at an international level, presenting certain areas affected by wind erosion, from a historical and geographical point of view, but also areas in Romania that have suffered and/or are suffering from this phenomenon.
Chapter 2, entitled Numerical simulation of air movement in the presence of obstacles with different degrees of permeability, presents a series of numerical simulations of air movement in the presence of obstacles with different degrees of permeability and begins with an introduction to turbulence scales and the calculation method of them, focusing on the Kolmogorov length scale.
The results showed that, by placing the permeable obstacles successively and with variable heights, increasing from small to large and from large to small, the speed downstream of them is reduced below the permissible limit value.
Three types of simulations for modeling turbulent motion are also presented, namely direct numerical simulation (DNS), Reynolds-averaged Navier-Stokes simulations (RANS), and macroscopic unit simulations (LES).
Chapter 3, entitled Numerical tests on solutions to reduce sand erosion under the action of wind, presents a series of numerical simulations in the finite element modeling program COMSOL Multiphysics, at full scale, for a chosen computational domain, for different categories of wind speeds of reference and for different protection groups characterized by the number of protection screens.
Numerous simulations were performed for each case of the reference wind, depending on the number of permeable screens located downstream of the inlet section of the computational domain, following the vertical velocity distributions in a series of sections located downstream of the group of screens permeable protection. Following the simulations, graphs are presented for the velocity field values in order to observe in which situations the velocity in the laminar boundary substrate band decreases or exceeds the reference value.
This helps to better understand the phenomenon of erosion of sandy soils located downstream of one or more permeable screens and implicitly to establish solutions for the choice and placement of these screens in the wind path affecting areas sensitive to the entrainment of sand particles.
The numerical tests presented in the present work, with the aim of tracking the protection against the phenomenon of sand entrainment from areas with sandy lands, under the action of natural wind, through the use of equivalent natural or artificial protective screens, highlighted the fact that, for a for most of the wind speeds, and for most of the screen assemblies chosen for analysis, a strong decrease in wind speed was obtained downstream of the screens, to the level where the air current no longer entrains sand.
Therefore, based on the results obtained in this book, it is possible to achieve a very good protection of sandy lands from the phenomenon of sand being driven by the wind by placing, in the direction of the prevailing wind, natural protective screens (protective forest curtains ) or artificial protective screens with equivalent permeability coefficients.