浮式防波堤消波性能试验研究(附件)【字数：16205】
摘 要摘 要中国南海因其特殊的历史与地理原因，而且近年来南海航道对东亚乃至全世界经济活动重要影响的突现，以及南海丰富的矿藏和渔业资源，这使得中国与中国南海周边国家关于南海领海方面的纠纷越来越多，同时，随着美国的介入，这些纷争也越来越复杂。综合国力日渐增强的中国政府也越来越重视中国南海的开发与利用，以及对南海主权的正当维护。本次试验的背景，正是基于中国政府对南海的开发和利用，对浮式防波堤的消波性能进行研究。本文研究内容如下:1. 本次试验研究对象为三种不同构型的浮式防波堤。模型试验中将对所有构型的浮式防波堤在波浪水槽中进行规则波中的多工况测试，分别测得各模型的消波效果。2. 通过数据分析，研究不同波浪周期对浮式防波堤整体系统的透射系数的影响。3. 通过数据分析，研究不同波浪波高对浮式防波堤系泊系统受力的影响。4. 通过试验现象观察和试验结果分析，优选出消波性能最好的浮式防波堤构型，以及影响其性能的主要因素，并提出改进意见。结果表明，方案一增设隔板后其对消浪性能影响很小，对提升消浪效果并不明显。方案一和方案二整体上消波性能接近，在部分工况方案一略优于方案二和方案三，方案一相比方案二消浪性能可提升2%~6%。对于系泊缆张力，迎浪面的系泊缆张力大于背浪面系泊缆张力，在相同周期情况下，浮式防波堤的系泊缆张力随着波高增大而增大。因此通过上述分析,推荐采用构型方案一为最终设计构型。关键词圆筒型浮式防波堤；透射系数；系泊缆张力；模型试验
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景、目的和意义 1
1.2 防波堤的作用和结构型式 2
1.3 国内外有关浮式防波堤的研究概况 6
1.3.1 国外部分 6
1.3.2 国内部分 7
1.4 本次毕业设计主要工作 8
第二章 基本理论 9
2.1 浮式防波堤消波性能理论 9
2.1.1三维势流理论 9
2.1.2波浪理论 12
2.1.3浮式防波堤消波性能计算 13
2.2 系泊系统设计理论 14
2.3 莫里森方程 16
2.4 悬链线方程 16
2.4.1 锚链的悬链线方程 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.4.2 复合锚链系的悬链线方程 17
2.4.3 锚链悬链线方程求解 18
2.4.5 复合锚系悬链线方程的求解 20
2.5 小结 23
第三章 物理模型试验 24
3.1 概述 24
3.2 试验相似理论 24
3.3 试验系统设计 26
3.3.1造波系统 26
3.3.2试验模型系统 26
3.3.3测量系统及测点布置 26
3.4 试验方案设计 32
3.4.1 试验测量内容 32
3.4.2试验方案 32
3.4.3试验工况 32
3.5 试验准备工作 34
3.5.1 模型制作 34
3.5.2 各类试验仪器标定 34
3.6 小结 35
第四章 浮式防波堤的消波性能分析 36
4.1 典型试验照片 36
4.2 浮式防波堤坐标系建立 38
4.3 浮式防波堤的透射系数 38
4.3.1 透射系数处理方法 38
4.3.2 浮式防波堤透射系数随波浪周期的变化情况 39
4.4 浮式防波堤系泊系统受力 55
4.4.1 横浪作用下系泊系统张力随波浪波高的变化关系 55
第五章 总结与展望 65
5.1 本文研究内容总结 65
5.2 研究展望 65
致 谢 67
参 考 文 献 68
第一章 绪论
1.1 研究的背景、目的和意义
从太空中看地球宛若是一个水球一般，地方上绝大部分面积是海洋。人类在未来的食品基地将会是海洋，计算得知海洋能够提供食品的能力比陆地要强得多。不仅如此，海洋拥有极大的油气储备。有近 3000 亿吨之多的石油蕴藏在海底，和陆地上蕴藏的石油总量近似。还有大量锰结核藏在海底，这些可让人类使用近万年。许多的无机盐以及铀、氢的同位素等多种核原料也在海水中被科学家分现。在海里还有一些资源可以被人类利用，就比如说潮汐能，我们通过它可以来发电。这还没有去计算波能和海流，那样还有蕴含的资源那就更多了。而且随着世界各国对陆上能源的需求越来越大，陆上资源不能满足时，合理有效的开发和利用海洋资源就变得十分重要了。防波堤是一种非常独特的港口水工建筑物，它的作用非常大。首先，它可以防止波浪直接对港口内建筑物产生冲击，也可以使得港口内的水域保持平稳;它也使得船只能够安全地进出，停靠和装卸货物。防波堤衰减波浪能量的方式主要是反射波浪、破坏波浪水质点运动和共振，这样一来它就可以给所要保护的海洋结构物一个稳定的工作环境。
防波堤分为固定式和移动式这两种形式。固定式的防波堤一般为老式的防波堤，含有直立和斜坡两种，其缺点主要体现在在材料的使用和波能在水体的分布规律上不协调。举个例子，斜坡式防波堤在波能最集中的地方使用了最少的材料，在波能最小的地方却使用大量材料。而且，随着施工的海域越来越深，施工越来越困难，造价也越来越大。不仅如此，当防波堤损坏将会造成严重的后果，后续修复也非常困难。
金属、钢筋混凝土和塑料材料制造的浮式结构及锚泊系统等等构成了浮式防波堤，因为在水体表面波能较多，浮式防波堤能够很好地达到消波的效果。它克服了传统防波堤水越深造价越高的缺点，被广泛用于深海之中。此外，其透空结构非常方便进行海水的交换以及鱼群的活动，也就可以有效地防止防波堤对海水的污染。与传统的坐底式防波堤相比，当水深增加时，浮式防波堤的经济效应更加突出。在水深为40 m时，每米浮式防波堤的造价仅为复合式防波堤的70%左右，而且随着水深的增加所节省下来的投资更加明显。此外，浮式防波堤拥有着其它种类防波堤所不具有的特征：例如当水深增加时，所增加的投资很小；同时施工非常方便，能够非常迅速地修建，拆迁也比较容易，因此可多次利用；并且其对港口的尺寸和形状没有特别的要求；不会阻碍水体在港内外自由交换，有助于削减港口的淤积以及冲刷等等。此外浮式防波堤还具有对地形没有要求、适应于各种季节等优点。当在恶劣的海况下进行救助、勘探钻井等海上活动时，浮式防波堤通常被用作临时性的防护措施。
中国南海因其特殊的历史与地理原因，而且近年来南海航道对东亚乃至全世界经济活动重要影响的突现，以及南海丰富的矿藏和渔业资源，这使得中国与中国南海周边国家关于南海领海方面的纠纷越来越多，同时，随着美国的介入，这些纷争也越来越复杂。综合国力日渐增强的中国政府也越来越重视中国南海的开发与利用，以及对南海主权的正当维护。
浮式防波堤的消波方式多种多样，造成其构型也五花八门。体现浮式防波堤消波性能最直接方式是看它的透射系数，通过它也可以判断出一个浮式防波堤的优劣。
本模型试验将对三种不同构型的浮式防波堤进行规则波的水槽试验，对透射系数进行数据分析，为今后的浮式防波堤设计提供经验。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景、目的和意义 1
1.2 防波堤的作用和结构型式 2
1.3 国内外有关浮式防波堤的研究概况 6
1.3.1 国外部分 6
1.3.2 国内部分 7
1.4 本次毕业设计主要工作 8
第二章 基本理论 9
2.1 浮式防波堤消波性能理论 9
2.1.1三维势流理论 9
2.1.2波浪理论 12
2.1.3浮式防波堤消波性能计算 13
2.2 系泊系统设计理论 14
2.3 莫里森方程 16
2.4 悬链线方程 16
2.4.1 锚链的悬链线方程 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.4.2 复合锚链系的悬链线方程 17
2.4.3 锚链悬链线方程求解 18
2.4.5 复合锚系悬链线方程的求解 20
2.5 小结 23
第三章 物理模型试验 24
3.1 概述 24
3.2 试验相似理论 24
3.3 试验系统设计 26
3.3.1造波系统 26
3.3.2试验模型系统 26
3.3.3测量系统及测点布置 26
3.4 试验方案设计 32
3.4.1 试验测量内容 32
3.4.2试验方案 32
3.4.3试验工况 32
3.5 试验准备工作 34
3.5.1 模型制作 34
3.5.2 各类试验仪器标定 34
3.6 小结 35
第四章 浮式防波堤的消波性能分析 36
4.1 典型试验照片 36
4.2 浮式防波堤坐标系建立 38
4.3 浮式防波堤的透射系数 38
4.3.1 透射系数处理方法 38
4.3.2 浮式防波堤透射系数随波浪周期的变化情况 39
4.4 浮式防波堤系泊系统受力 55
4.4.1 横浪作用下系泊系统张力随波浪波高的变化关系 55
第五章 总结与展望 65
5.1 本文研究内容总结 65
5.2 研究展望 65
致 谢 67
参 考 文 献 68
第一章 绪论
1.1 研究的背景、目的和意义
从太空中看地球宛若是一个水球一般，地方上绝大部分面积是海洋。人类在未来的食品基地将会是海洋，计算得知海洋能够提供食品的能力比陆地要强得多。不仅如此，海洋拥有极大的油气储备。有近 3000 亿吨之多的石油蕴藏在海底，和陆地上蕴藏的石油总量近似。还有大量锰结核藏在海底，这些可让人类使用近万年。许多的无机盐以及铀、氢的同位素等多种核原料也在海水中被科学家分现。在海里还有一些资源可以被人类利用，就比如说潮汐能，我们通过它可以来发电。这还没有去计算波能和海流，那样还有蕴含的资源那就更多了。而且随着世界各国对陆上能源的需求越来越大，陆上资源不能满足时，合理有效的开发和利用海洋资源就变得十分重要了。防波堤是一种非常独特的港口水工建筑物，它的作用非常大。首先，它可以防止波浪直接对港口内建筑物产生冲击，也可以使得港口内的水域保持平稳;它也使得船只能够安全地进出，停靠和装卸货物。防波堤衰减波浪能量的方式主要是反射波浪、破坏波浪水质点运动和共振，这样一来它就可以给所要保护的海洋结构物一个稳定的工作环境。
防波堤分为固定式和移动式这两种形式。固定式的防波堤一般为老式的防波堤，含有直立和斜坡两种，其缺点主要体现在在材料的使用和波能在水体的分布规律上不协调。举个例子，斜坡式防波堤在波能最集中的地方使用了最少的材料，在波能最小的地方却使用大量材料。而且，随着施工的海域越来越深，施工越来越困难，造价也越来越大。不仅如此，当防波堤损坏将会造成严重的后果，后续修复也非常困难。
金属、钢筋混凝土和塑料材料制造的浮式结构及锚泊系统等等构成了浮式防波堤，因为在水体表面波能较多，浮式防波堤能够很好地达到消波的效果。它克服了传统防波堤水越深造价越高的缺点，被广泛用于深海之中。此外，其透空结构非常方便进行海水的交换以及鱼群的活动，也就可以有效地防止防波堤对海水的污染。与传统的坐底式防波堤相比，当水深增加时，浮式防波堤的经济效应更加突出。在水深为40 m时，每米浮式防波堤的造价仅为复合式防波堤的70%左右，而且随着水深的增加所节省下来的投资更加明显。此外，浮式防波堤拥有着其它种类防波堤所不具有的特征：例如当水深增加时，所增加的投资很小；同时施工非常方便，能够非常迅速地修建，拆迁也比较容易，因此可多次利用；并且其对港口的尺寸和形状没有特别的要求；不会阻碍水体在港内外自由交换，有助于削减港口的淤积以及冲刷等等。此外浮式防波堤还具有对地形没有要求、适应于各种季节等优点。当在恶劣的海况下进行救助、勘探钻井等海上活动时，浮式防波堤通常被用作临时性的防护措施。
中国南海因其特殊的历史与地理原因，而且近年来南海航道对东亚乃至全世界经济活动重要影响的突现，以及南海丰富的矿藏和渔业资源，这使得中国与中国南海周边国家关于南海领海方面的纠纷越来越多，同时，随着美国的介入，这些纷争也越来越复杂。综合国力日渐增强的中国政府也越来越重视中国南海的开发与利用，以及对南海主权的正当维护。
浮式防波堤的消波方式多种多样，造成其构型也五花八门。体现浮式防波堤消波性能最直接方式是看它的透射系数，通过它也可以判断出一个浮式防波堤的优劣。
本模型试验将对三种不同构型的浮式防波堤进行规则波的水槽试验，对透射系数进行数据分析，为今后的浮式防波堤设计提供经验。
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