防波堤的主要作用是抵御波浪,保障船舶和网箱的安全,并避免因风浪造成损失。与传统固定式防波堤相比,浮式防波堤具有重量轻,施工拆卸简单,工程造价较低等优点。此外,浮式防波堤不会破坏水域的整体性和生态环境,可以应用在较松软的海床水域,并随水深的增加,其造价远低于固定式结构的防波堤。此外,传统柔性浮式防波堤在抵御波浪的同时,没有将捕获到的波浪能加以利用。由于海洋工程大多远离大陆,依靠大陆对海洋工程输送电力成本过高,如果可以利用海上浮式结构物进行发电,可有效地解决海上工程的用电问题。因此,发电的后弯管柔性浮式防波堤的研究具有重要意义。针对以上问题,本文设计了一种带空气透平的后弯管浮式防波堤,是一种漂浮式振荡水柱式装置。该结构的防波堤可在消波的同时,利用空气透平装置驱动风力发电机进行发电,将作用在防波堤上的波浪能转化成机械能进而用于发电,实现能量转换,还可以有效地减小作用在防波堤上的锚链力。本文主要研究内容如下:(1)在实验室的搭建了实验平台,在实验水槽一端装有造波机,可产生入射波周期为1s~1.6s的正弦波,另一端配有消波网,设计了多种入射波参数,模拟实际海况。并在防波堤2倍波长以外的距离,前后各装有2根波高仪,准确地测量防波堤堤前、堤后的波高,并分析其消波效果。(2)设计了带空气透平的后弯管浮式防波堤模型,基于防波堤消波与发电功能兼具,但以消波为主的设计思想,用模型相似准则的方法,设计了模型及空气透平的尺寸参数,探究了防波堤模型宽度、相对吃水、锚链与水平线夹角及有无空气透平等因素在入射波作用下的水动力特性(消波效果、运动响应与锚链力)。(3)防波堤气室及空气透平的动力分析。用风速仪测得在防波堤在运动响应过程中,由弯管内水柱振荡产生的风速大小,并用非接触式转速传感器测得空气透平的转速。小型风力发电机与空气透平相连,作为负载,可以通过空气透平转速得到产生的电能。研究结果表明:在(模型宽度/波长≈0.4)的海域中使用,装有空气透平的浮式防波堤,相比未装有空气透平的防波堤及传统浮式防波堤,可降低10%左右的透射系数,消波效果更好。锚链拉力平均减小20%,极大地减小了防波堤对锚固系统的依赖,并提高了锚链的使用寿命,此时的能量转换效率最高。