摘 要

防波堤是一种海岸防护工程结构物。它通常用来抵御波浪，保护海港内其它结构物以及保障船舶进出港的安全。传统防波堤都为坐底式的，波堤的造价随着水深增加而增加，当水深达到一定程度时，会导致防波堤修建困难，对其修建技术的要求也会提高。但是浮式防波堤，因为其有效的消波性能、低廉的造价、结构的可移动性以及环保性，目前越来越受到人们的关注。因此，在全世界范围内，关于浮式防波堤的技术研究是一项关键技术。

本文对一种由两块竖直薄板组成的新型浮式防波堤进行数值仿真研究，建立了基于势流理论的数值波浪水槽，采用了去奇异的边界积分方程（DBIEM）进行数值计算，并将数值计算结果与实验结果进行比较，两者较为吻合。之后，考虑了不同两板间距（D）和不同两板吃水深度（d）对该浮式防波堤的消波效果影响。结果表明：不同两板间距（D）对防波堤性能影响较大，但不同两板吃水深度（d）影响范围更广。

关键词：边界元法；新型浮式防波堤；数值仿真；线性势流理论

Abstract

Breakwater is a coastal protection engineering structure. It is often used to resist waves, protecting other structures within the harbor and the safety of ships entering and leaving the port. Traditional breakwaters are bottom-supported, and the cost of the breakwater increases with the increase of the water depth. When the water depth reaches a certain level, it will lead to the difficulty of the construction of the breakwater, and the requirement of the construction technology will be improved. Floating breakwater has been attracting more and more attention because of its effective wave elimination performance, low cost, structural mobility and environmental protection. Therefore, technical research on floating breakwater is a key technology.

In this paper, a new type of floating breakwater consisting of two vertical sheets is simulated, and a numerical wave tank based on linear potential flow theory is established. Desingularized boundary integral equation method (DBIEM) is used for numerical calculation, then the numerical results are compared with the experimental results, and they are more consistent. Calculate the different distance (D) between the two plates and the difference draft (d) of the plates to test their influence for wave elimination effect of the floating breakwater. The results show: the different spacing (D) between the two plates has a great influence on the performance of the breakwater, but the difference draft (d) of the plates has a wider range of effects.

Key Words：boundary element method；new floating breakwater；numerical simulation；linear potential flow theory.

目 录

第1章：绪论 1

1.1引言 1

1.2研究的目的与意义 1

1.3国内外的研究现状 3

1.4本文工作研究的基本内容和目标 4

第2章：数学理论公式 6

2.1 控制方程 6

2.2 边界条件 6

2.3 在区域I上的方程 7

2.4 在区域III上的方程 8

2.5 在数值波浪水槽底部边界上的方程 9

2.6 在物体表面上的方程 9

第3章：数值方法 10

第4章：数值计算结果 12

4.1 数值方法验证 12

4.2 两板间距（D）对防波堤性能的影响 14

4.3 两板吃水（d）对防波堤性能的影响 16

第5章：结论 19

参考文献 20

致谢 21

第1章 绪论

1.1 引言

海洋是地球上最广阔的水体的总称，它的中心叫做洋，边缘叫做海，两者连成并组成统一的水体则叫做海洋。海洋不仅能为人类提供各类鱼类资源还能提供各种能源资源。随着人类经济与社会活动的迅猛发展，陆地资源已难以充分满足经济与社会发展的需要，海洋资源的开发显得格外重要。我国位于世界上最大的大陆—欧亚大陆，拥有被太平洋滋润着沿海地区，而且占据960万平方千米陆地面积。除广阔的大陆外，还有6500多个岛屿，分布在渤海、黄海、东海、南海附近，临近太平洋有长达18000千米绵长曲折的海岸线。海资源的开发与利用将成为我国发展的重头。然而海资源的开发受天气的影响，其中海浪的影响是海洋资源开发的一个难题，如何减少波浪的影响显得尤为重要。

1.2 研究的目的与意义

港口建设对我国发展显得十分重要，不仅有利于经济发展，而且对我国在外来物质文化交流上有不可忽视的作用。为了适应国际贸易发展和运输船舶大型化，我国港口规模越来越大，对航道水深要求也越来越高，港口工程建设将进军水深和浪大的海域。

防波堤是港口重要组成部分,它不仅能抵御外海波浪和维持港内水域的稳定，而且能保护其它港口工程建筑物，保证船只进停与装卸作业工作的安全。在某些海域,防波堤能阻止流冰和漂浮杂物大量涌入港内，缓解港内泥沙淤积作用。

防波堤的分类：1.斜坡堤：斜坡堤是常用的传统防波堤，通常由天然石块或混泥土块作为护面，进而防止波浪的冲击，适合在水深较浅和软土地基的条件下建设。堤身一般用分层分级块石堆积，形成梯形的断面，堤顶高程主要根据波浪在护面上的上爬高度和容许越波量来确定。2.直墙式：在岩基或较密实的地基的条件下，适合修建直墙式防波堤，在容许越浪的情况下堤顶高程可降低，在有些时候还采用削角顶盖和带消浪空室的沉箱以达到减少立波压力的目的。3:混成式：混成式防波堤的上部一般为混泥土直墙，它的下部一般为斜坡式，其内侧也可兼作码头。4.透空堤：透空堤是把上部防浪结构安装在桩或者柱支撑上，以达到下部可以透水的防波堤。5.浮堤：由浮体和锚系组成的防波堤，该类防波堤适用于水深以及浪较小的条件。它属于新式防波堤，具有绿色环保、节能以及造价相对来说低廉等优点，是目前开发研究的重头之重。