树具有防风固沙、保持水土、净化空气等重要作用。当风掠过地面,树将会吸收一部分风的能量,从而控制风蚀对地面造成的损害,并且在树的背风区营造低风速区,为牲畜和农作物提供适当的微气候,产生巨大的经济效益。同时,树还可以吸附空气当中的颗粒物,扮演地球的“肺”的角色。基于树具有如此重要的作用,本文从不同角度、多个方面对于树周围流场及浓度场进行了研究,具体研究工作和结果如下:(1)本文以二维虚拟树冠为例,通过用数值模拟计算结合风洞实验的方法,研究得在二维条件下出树冠阻力系数与树冠内叶片数量、叶片倾角和叶片长宽比等变量有关,而与风速几乎无关。并以光学孔隙率和叶片倾角为自变量的树冠阻力系数预测模型。(2)为获得更真实的树周围流场特性,利用VBA语言在VB6平台上编译程序,调用AutoCAD创建适用于CFD模拟的三维树模型。其建模思路是利用简单几何体组合起来替代树的器官,采用特定生长方式来生成树的骨架,控制树叶及树枝的生长角度最终形成外形逼真的三维树模型。并且将树叶数量设置成为可以手动输入的变量,方便改变获得不同叶面积指数的模型树。本文以枫树为例,构造了20棵树叶数量不同的枫树,并通过自行编译的程序及Photoshop等图片处理软件获取了20棵枫树的光学孔隙率、体积孔隙率、叶面积指数和叶面积密度等参数值,并就各参数之间的关系进行了探讨和分析。(3)选择叶面积指数分别为0.495、1.499、2.454和3.063的三维树在不同的风速条件下进行树周围流场的数值模拟计算。通过将数值模拟计算速度分布结果与文献实验数据进行比对,验证了采用本方法研究树周围流场的可靠性。根据数值模拟结果分析探讨了树周围流域中的速度分布特点,即树冠前端和树的背风区有两个低风速区,并且树对于其背风区风速减弱影响更大(遮蔽效应)。此外,以叶面积指数为自变量,建立了三维条件下树的阻力系数预测模型。(4)通过拉格朗日离散相模型(DPM),选择叶面积指数分别为0.495、1.499、2.454和3.063的三维树在不同的风速条件下进行树周围浓度场的数值模拟计算。根据文献公式,将入口风速与颗粒物捕及效率相乘获得颗粒物沉积速度数值。简要分析树的滞尘效果,并深入探讨颗粒物捕及效率与风速、颗粒物沉积速度与叶面积指数、颗粒物沉积速度与颗粒物粒径之间的关系。通过与文献对比,明确了树冠颗颗粒物沉积的主要机理。