摘 要

本文使用AQWA水动力学分析软件，根据波浪和假定的工程条件，设计了一种结构的浮筒式防波堤，即双浮筒结构的防波堤。本文给它设定可靠地锚系，使用AQWA计算出它的六个方向自由度RAO算子的运动，探究它的消浪性能与其运动响应的关系，并根据结果的对比得到结论。其算法在文中做了粗略的介绍，透射系数结果获取在本文中做了一些计算实例，每个计算过程则不进行赘述；六个自由度RAO算子的结果则由软件计算生成并与其他结果进行对比。详细的试验模型模拟和控制变量的比较是本文的主要研究手段。

研究结果表明：浮式防波堤的消波性能指标，透射系数的大小，总体上随着波浪频率的增大而减小，即对于高频波的消浪性能较好，同时浮体的横摇对消波性能有着重要影响，它的影响是：透射系数并不完全是随着频率增加而下降的，会有一段回升的曲线，横摇峰值会使得透射系数曲线在频率上出现谷值，是减小透射系数，提升消波性能的关键。同时可靠的锚系是浮筒式防波堤安全性和可靠性的保证，本文根据AQWA计算迎浪面系泊力的结果来确认锚系的可靠性。

本文的特色：详细介绍了建模的过程和浮筒式防波堤设计数据的来源，同时给出了AQWA浮筒式防波堤的水动力分析计算结果和透射系数，比较分析了它们的关系，还计算了系泊力和安全可靠性，根据计算的结果对比来获得结论。

关键词：双浮筒；透射系数；系泊力；运动响应

Abstract

Hydrodynamic software AQWA has been used to analyze a floating breakwater in the specified waves and assumed engineering conditions. It’s breakwater with twin buoys. In this thesis, a reliable anchor system is set for it, and the motion of its six DoF RAO operator is calculated by AQWA. The relationship between its wave dissipation performance and its motion response is explored, and a conclusion is drawn based on the comparison of the results. The algorithm is briefly introduced in this paper, and some calculation examples are given to obtain the results of transmission coefficient. Each calculation process is not described in detail. The results of six DoF RAO operators are generated by software calculations and compared with other results. Detailed model simulation and comparison of control variables are the main research means of this paper.

Research results show that the wave-absorbing performance index and transmission coefficient of floating breakwater generally decrease with the increase of wave frequency. The rolling of floating body has an important influence on the performance of wave attenuation. Its influence is that the transmission coefficient does not decrease entirely with the increase of frequency, there will be a rising curve. The peak rolling will make the transmission coefficient curve Valley in frequency, which is the key to reduce the transmission coefficient and improve the performance of wave attenuation.

The characteristics of this paper are as follows: the process of modeling and the source of design data of buoyant breakwater are introduced in detail. At the same time, the hydrodynamic analysis results and transmission coefficients of AQWA buoyant breakwater are given. Their relations are compared and analyzed. The mooring force and safety reliability are also calculated. The conclusions are obtained by comparing the calculated results.

Key Words：twin buoys; transmission coefficient; mooring force; motions

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究工作的背景和意义 1

1.2 研究目的 1

1.3 国内外研究概况 2

1.4 本文主要工作 3

第2章 浮式防波堤数值分析的基本理论 4

2.1 AQWA软件简介 4

2.2 浮筒式防波堤消波性能分析 4

第3章 单个浮式防波堤模块的数值模拟 5

3.1 浮筒设计和基本参数 5

3.1.1 设计浮筒式防波堤的几何结构 5

3.1.2 浮筒式防波堤宽度设计 5

3.1.3 浮筒式防波堤的设计参数和结构建立 5

3.2 波浪参数和其他基本参数的设定数 7

3.3 单个双浮筒的水动力特性分析 7

3.3.1 单个双浮筒的锚系布置 7

3.3.2 单个双浮筒的透射系数和运动响应 9

3.3.2 单个双浮筒的透射系数和运动响应 11

3.4 本章小结 12

第4章 整个浮筒式防波堤数值模拟研究 14

4.1 整个浮筒式防波堤建立 14

4.2 规则波作用下的时域分析 14

4.2.1 消浪能力分析 14

4.2.2 浮筒式防波堤系泊张力历时曲线 15

4.3 本章小结 16

第5章 消浪性能优化 17

5.1 系泊锚链轴向刚度的影响 17

5.2 系泊长度的影响 18

5.3 本章结论 19

第6章 总结和展望 20

6.1 全文总结 20

6.2 研究展望 21

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 研究工作的背景和意义

防波堤是抵御波浪入侵，用于形成掩蔽良好水域的一种港口水工建筑物。在通常情况下，保护水工建筑物采用的是传统坐底式防波堤。所谓坐底式防波堤，就是从海床（河床）为基础开始，修建的一种钢筋混凝土水工建筑物，它的消浪能力和可靠性都有非常高的保证，因此作为通常的选择。

但传统坐底式防波堤在实际修建上有许多不利水域情况，其主要有：（1）软土海床水域：在这种海床上修建传统坐底式防波堤时需要对地基进行处理，加固后才能修建，这将大幅度增加成本和修筑难度；（2）深水域：在深水域上修建传统坐底式防波堤也同样面临成本和技术问题。除了不利水域阻碍坐底式防波堤的修筑，在某些特殊情况下，修筑坐底式也是不可行的，如：（1）局部防护：临时或小范围的灵活性防护。（2）紧急防护：自然灾害等需要快速有效的防护。

综上所述，采用传统坐底式防波堤不可行的情况下，我们一般采用新型的浮式防波堤。浮筒式防波堤则是其中一种，由圆柱式的消波浮体和锚系设备共同组成的一种浮式防波堤。利用圆柱式的消波浮体来消耗波能和使波浪破碎，浮筒在波浪的作用下进行三维的浮动和摆动，以此能够使波浪水流的紊乱，干扰波浪水流的运动，能够较好的完成防护岸堤，形成水流平稳的良好水域的目的。它的优点主要集中于：（1）造价低廉；（2）锚位移动方便；（3）无需基床处理；（4）无泥沙污染问题；（5）污染问题少。但浮式防波堤普遍上消浪能力不如坐底式——这是由于它使波浪破碎的原理造成的；且浮式防波堤在长波作用下消浪能力大幅度下降甚至会不起作用，锚系在长波下容易断裂和漂移，安全可靠性大幅度下降。因此我们要集中解决这些缺陷。