Wind tunnel simulation comparing windproof performance of high-density polyethylene board fences with horizontal versus vertical holes

Shang Xiaowei; Wang Yunzheng; Liu Jianguo; Huo Yi; Qu Jianjun; Zhu Zhihao

doi:10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.029

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Wind tunnel simulation comparing windproof performance of high-density polyethylene board fences with horizontal versus vertical holes

Soil and Water Conservation Monitoring and Applied Technology

- Wind tunnel simulation comparing windproof performance of high-density polyethylene board fences with horizontal versus vertical holes
- Bulletin of Soil and Water Conservation Vol. 45, Issue 4, Pages: 134-142(2025)
- 作者机构：
  
  1.中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西西安 710075
  2.南方海洋科学与工程广东省实验室（广州），广东广州 511458
  3.西北大学城市与环境学院，陕西西安 710127
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.029
  CLC： S157.2;S288
- CSTR：32312.14.stbctb.2025.04.029.
- Received：10 March 2025，
  
  Revised：2025-05-02，
  
  Published：20 August 2025
- 稿件说明：
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尚小伟, 王云正, 刘建国，等.横孔与竖孔HDPE板栅栏防风效益对比的风洞模拟[J].水土保持通报,2025,45(4):134-142.

Shang Xiaowei, Wang Yunzheng, Liu Jianguo, et al. Wind tunnel simulation comparing windproof performance of high-density polyethylene board fences with horizontal versus vertical holes [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):134-142.
尚小伟, 王云正, 刘建国，等.横孔与竖孔HDPE板栅栏防风效益对比的风洞模拟[J].水土保持通报,2025,45(4):134-142. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.029. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.029..

Shang Xiaowei, Wang Yunzheng, Liu Jianguo, et al. Wind tunnel simulation comparing windproof performance of high-density polyethylene board fences with horizontal versus vertical holes [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):134-142. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.029. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.029..

摘要

目的

开展孔径大小相同而开孔方向不同的高密度聚乙烯（HDPE）板栅栏风洞模拟试验，为HDPE板阻沙栅栏的应用和发挥更佳效应提供理论依据。

方法

通过对不同开孔方向的横孔与竖孔HDPE板栅栏进行风洞模拟试验，比较其风速廓线、空气动力学参数、流场和防风效能差异，分析横孔结构与竖孔结构对HDPE板栅栏的防风效益影响。

结果

在HDPE板栅栏-1 H（H表示栅栏高度，1 H

23 cm）前和9 H后，风速随高度增加呈对数分布规律（

0.05）。竖孔栅栏与横孔栅栏相比，风速廓线更稳定，空气动力学粗糙度和摩阻风速更高。HDPE板横孔栅栏在底部出现加速区（-1 H到2 H），减速区随风速增大分裂成两部分（1—5 H和8—15 H）；而竖孔栅栏通过地表风速梯度衰减实现沙粒定向输移，减速区随风速增加变化较小。在HDPE板栅栏-7 H到-1 H处，栅栏的防风效能有小幅度提升（5.1%~8.4%）；在-1 H到1 H处，防风效能大幅度下降（19.6%~28.0%）；在1 H后，防风效能逐渐提升直至稳定（43.3%~55.6%）。较高风速时，竖孔栅栏防风效能高于横孔栅栏50.4%（

0.05）。随着风速变大，横孔栅栏防风效能显著下降（

0.05），而竖孔栅栏防风效能几乎不变（

0.05）。

结论

HDPE板竖孔栅栏对风速降低的综合效果更强，更稳定，更持久，在防沙治沙领域有广泛的推广与应用价值。

Abstract

Objective

Wind tunnel simulation tests of high-density polyethylene（HDPE） board fences with the same hole diameter but different opening directions were conducted in order to provide a theoretical basis for the better application and better effect of HDPE board sand-blocking fences.

Methods

Wind tunnel simulations compared wind speed profiles， aerodynamic parameters， flow field characteristics and windbreak efficiency between fences featuring holes oriented horizontally versus vertically. The analysis focused on the impact of hole orientation （horizontal vs. vertical） on windproof performance.

Results

Both fence types exhibited logarithmic wind speed distributions at -1 H （H = fence height of 23 cm） upwind and 9 H downwind （

0.05）. The vertical hole configuration demonstrated superior profile stability， with higher aerodynamic roughness and greater friction speed than its horizontal counterpart. Flow field analysis revealed that the horizontal fence exhibited notable near-surface acceleration zones （from -1 H to 2 H）， and its deceleration zone split into two parts （1

—

5 H and 8

—

15 H） in response to increased wind speed. However， the vertical fence effectively regulated sand transport through controlled speed gradient attenuation， and its deceleration zone changed little with the increase in wind speed. In particular， the vertical fence’s deceleration zone maintained stable aerodynamic characteristics across the wind speed regimes. Windbreak efficiency progression showed three phases： a moderate improvement of 5.1%—8.4% （from -7 H to -1 H）， abrupt decline of 43.3%~55.6% （from -1 H to 1 H）， and a gradual increase in stability （43.3%—55.6%） post -1 H. At higher wind speeds， the windbreak efficiency of the vertical fence was 50.4% higher than that of the horizontal fence （

0.05）. Notably， the efficiency of the horizontal fence decreased by 45.6% with increasing wind speed （

0.05）， whereas the vertical fence maintained consistent performance （

0.05）.

Conclusion

HDPE fence with vertically oriented holes demonstrated superior comprehensive wind speed reduction capacity， remarkable flow field stability， and maintained performance across variable wind conditions， indicating significant potential for large-scale application in sand control and desertification prevention engineering.

关键词

Keywords

references

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