双浮筒-水平板式浮防波堤性能研究

双浮 筒一 平板 式浮 防波堤 性 能研 究 水
肖 霄 ，王永 学 ，王国玉 ，董华洋
（． １ 大连理工大学 海岸和近海工程国家重 点实验室，大连 １ ２ ； １０ ４ ６
２ 大连金州经济开发 区管理委 员会 ，大连 １６ ０ ． １１ ） Ｏ
应用边界 元方法研 究 了时域 内的波浪与双 浮筒一 水平板 式浮 防波堤相 互作用 的问题。采用静态悬链线法
轨 迹 的短轴直径 来破坏 波浪 水质点 的升沉 ，产生 波浪破碎 现象 ，从而 起到衰 减波 能的作 用 。董 华洋【 ５ ｊ 等 采用 二维绕射 理论 ，利 用边界 元方法对 单一 方箱一 水平板 式 防波堤 的水动 力特性 、消浪性 能 以及 锚 链 力进 行 了数值研 究 ，研 究表 明与 单一 浮箱 式浮 防波堤 相 比 ，单 一浮 箱． 水平 板式 浮防波 堤 具有较 好
＝ｃｌ Ｉ Ｉ ＋ｃｓ ） ） （） ２
入射 速度势 为正 向入射 的单频 规则 波 ，表 示为
， ： ．
ｇ ｏｈ ＋ ｄ ｓ （ Ａｃｓ ｋｚ ）ｉ ｋ （ ｎｘ
－
Ｃ Ｏ
Ｃ ｓ Ｏｈ，
，
ｃ， ｏ） ｔ
（ ３ ）
、
式 中下标 ，、 Ｓ分别表 示 入射 分量和 散射 分量 ； ｇ为重力 加速 度 ； Ａ 为入射 波 幅 ； ｄ为水深 ：
构 优化措施 ，提 高浮防波 堤 的消浪性 能 。
两个 浮筒 相互 连接 这一 结构 型式 的浮 防波堤 在不 增加 浮 堤 的造 价 和浮 堤 的安 装和 控制 难度 的情 况下 增加 了浮体 的宽度 ，提 高 了浮 防波堤 的消浪性 能 。Ｉ ａｓｎｌ ｓ ｃｏ ｌ等根 据二维绕 射理 论 ，简要 推导 了锚 ａ Ｊ
力特性 进行 了数值研 究 ，并 将计算 结果与 实验 结果进 行对 比。Ｉａ ｎ ａ ｎｏ ｌ ｉＪ ｏ ｎ ａ ｍａ ｔｕａ 【等采 用三维 线性 Ｄｉ ｋ４
绕射 理论 ，并结合锚 链动力 分析计 算 了 自由和 锚泊双 浮筒式 防波 堤的消 浪性 能和运动特 性 。
在 锚链 锚泊 浮 防波堤 浮筒 下加 水平 板 可 以利用 相邻 两层 水 平板 的 间距 小于 波浪 水质 点椭 圆运 动
计算锚链力。通过刚体 的时域运 动方程求解出双 浮筒一 水平板 式浮防波堤的运动响应 ，进 而求得透射系数和 锚链力。与实验结果对 比，吻合较好。 比较 了双 浮筒一 水平板 式浮防波堤与单一方箱一 平板 式浮防波堤的 水 水动力特性，结果表 明在长 波 （ ／＜ ． ５ Ｗ Ｌ ０ １ ）作用下 ，双浮筒一 平板 式浮防波堤与单 一方箱一 水 水平板 式浮防
泊双 浮筒式 浮防波堤 的消 浪性 能、运动特 性 以及 锚链 力 的求 解过程 。Ｗｉｉ １等基 于 二维势 流理论 ， ｌａ ２ ｌ ｍｓ ］
采用 边界元 方法计算 了单 、双浮箱 式浮 防波堤 的反射 系数 ，分析 了浮 堤的几 何参数 如堤 宽、吃水和锚 泊系 统刚度 等对 浮堤 反射系 数 的影 响 。 ｈ ｎ ａ ｈ ｔ］ 用二维 绕射理 论对双 浮筒 式浮 防波堤 的水动 Ｓ ａ ｋ ｒ ａ［等采 Ｂ ３
波堤相 比，透射系数较小。
关 键 词 ：双浮筒；水平板；浮防波堤；时域；悬链线
０ 引 言
浮 式防波 堤是特 殊型式 防波堤 的一种 ，其主 要优 点包括 ：随着 水深 的增加 ，其造 价 比固定式 的防
波 堤低廉 ；容易应用 在软土 海床水 域 ，且不 需要做特 殊 的地基 处理 ；不 影响海 水交换 ，对沿岸 、水 体
和生物 交换 、海湾 或河 口环境状 况等 影响极 小 ；可任 意拆迁 ，重复 使用 ；建造周 期短 ，速度 快 ；浮 体、 缆绳 和锚 具容 易制 造 。目前长 期 困扰 浮式 防波堤 实际作 为永久 性建筑 物 的主要原 因是现 有 的浮式防波 堤 结构 型式对短波 的消 浪效果 虽好 ，但是对 于长波 的透过 率依 然很 高。为此 ，很 多学者 采取 了各种 结
５卷 ｌ
增刊 ２
肖 霄 ，等 ：双 浮 筒一 平板 式 浮 防 波 堤 性 能 研 究 水
数值 模型 。
１ 理 论推 导
１ １控 制方程 及初始 条件 、边 界条件 ． 本 文选取 固定 的笛卡 尔坐标 系 ＸＯ ，坐标 系 的定义如 图 １ 示 。Ｏ 轴在 静水 面处 ；Ｏ Ｚ 所 Ｘ Ｚ轴 以竖 直 向上 为正 。浮 堤模 型的 重心在 ｚ轴上 ，入射 波浪 沿 轴 正 向传 播 。
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２１ ０ ０年 １ ２月
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文 章 编 号 ： １０ ．８ ２２ １）２４ ４０ ００４ ８ （０ ０￥ ．８ ．８
图 ｌ 双浮筒一 平板式浮防波堤 计算模型示意 图 水
假定 流体 为均匀 、不可 压缩 的理想 流体 ，其运 动为 无旋 ， 同 时忽 略流 体表面 张力 。依据 势流理
源自文库
论 ，流场 中存在速 度势 函数 且满 足 拉普拉 斯方程 ：
Ｖ ： ０
为 了计 算方便 ，将速 度势 函数分 解 为入射 势 和散射 势 ｃｓ Ｉ ： ）
的消波效果 。
综合上 述两种 浮式 防波堤 结构型 式的优 点 ， 本文提 出 了一 种在两 个相 连浮筒 下加水 平板 的双浮 筒 浮 式防波堤 防波堤 型式 ，称 为双浮 筒一 水平 板式 浮防波 堤 。基 于线性 时域理 论 ，建立 波浪对 浮箱 水平 板式 浮防波堤 作用 的时域 内的积分 方程 ，应用 边界元 方法求 解 ，锚 链采 用静 态悬链 线方法 模拟 ，再应 用 牛顿第二 定律建 立浮箱。 水平 板式浮 防波 堤 的时域运动 方程 ， 由此 建立起 浮箱． 水平 板式 浮防波堤 的