防波堤用来抵御外海波浪对所掩护海域海工建筑物的侵蚀,对海工建筑物的安全至关重要。近年来,气幕式防波堤作为一种特殊型式的防波堤受到大量关注,与传统防波堤相比,气幕式防波堤机动性好、造价低、不受地质条件和水深限制、施工简便,不影响水流、泥沙的运动和海洋通航,因此,气幕防波堤在水运、军事应用、水产养殖等方面都有良好的应用前景。为了更为全面地了解气幕式防波堤的水动力特性和消浪性能,非常有必要对气幕式防波堤进行进一步的研究。本文采用计算流体动力学方法,求解气幕式防波堤的水动力数值模型。采用不可压缩雷诺平均N-S方程,结合k-ωSST湍流模型分析气幕式防波堤周围的流场,利用VOF方法追踪气液两相流界面。并通过与理论分析结果以及物理模型试验结果进行对比分析,验证了本文提出的气幕式防波堤的水动力数值模型。本文结构安排如下:首先,分析了单排式气幕防波堤的水动力特性及其消浪性能。利用计算流体动力学方法建立气幕式防波堤的数值模型,分析了静水中气泡帷幕的运动特征,讨论了静水中气泡帷幕周围的流场特性以及气幕式防波堤的消浪机理,进而分析了影响单排式气幕防波堤消浪性能的因素,诸如入射波浪周期、波高以及供气量。结果表明:波浪周期、波高越小,供气量越大时,气幕式防波堤消浪效果越显著。其次,建立了多排式气幕防波堤数值模型。分析了多排式气幕防波堤对不同周期波浪的消浪效果,探讨了气泡帷幕排数、气泡帷幕之间的间距以及入射波浪周期对多排式气幕防波堤消浪效果的影响。结果表明:气幕间距及排数都会对其消浪效果产生显著的影响,且与供气量的大小相关,当供气量足够大,且间距等于气泡帷幕产生的最大水平流速之间的水平距离时,双排式气幕防波堤的消浪效果最佳。最后,建立了组合式防波堤数值模型,并与物理模型试验结果对比以验证其正确性。气幕式防波堤对长波的消浪效果有限,而潜堤高度的增加虽能改善消浪效果,但是会影响水域的水体交换。为了充分利用潜堤和气幕式防波堤的优势,克服其不足,建立潜堤与气幕式防波堤相结合的组合式防波堤是一种合理的选择。分析潜堤的相对掩埋深度、气幕与潜堤不同布置方式对组合式防波堤消浪性能的影响。结果表明:当气泡帷幕布置在潜堤背浪侧时,可以显著提升对长波的消浪效果。本文的研究能够为气幕式防波堤在实际工程中的设计和应用提供理论支持,在海洋工程领域充分发挥气幕式防波堤的作用。