在“发展海洋,保护海洋”的背景下,为解决海洋工程项目施工过程中打桩作业所产生的强噪声问题,本文针对水下气幕降噪技术展开数值模拟研究。首先应用声音在小气泡中传播的理论模型,推导得到气幕的声学参数;然后构建了水下打桩与气幕降噪耦合模型,分析了气幕对噪声的衰减机理;同时为提高气幕的降噪效果,对气幕的参数进行研究;最终考虑了海洋环境因素对水中声传播和气幕降噪的影响。本研究旨在利用水下气幕衰减打桩噪声,保护海洋生态环境。本文在第一章中分别阐明了打桩噪声的产生过程、噪声源特点以及水下噪声的危害,并对国内外海洋工程中采用的衰减打桩噪声方法进行了总结。通过分析各降噪方法的优缺点和实用性,综合考虑海上打桩噪声源频率范围及施工海域的环境特点,采用水下气幕衰减打桩噪声。最后梳理了关于水下气幕降噪的研究进展,并引出本文的研究内容。第二章分析了声音在气泡中传播理论,研究了小气泡对噪声的衰减机理。将声音在小气泡中传播的方程推广到气幕模型中,计算出气幕的声学参数,构建了描述气幕的数学模型,为后续的数值模拟研究奠定基础。第三章选取了海上风电场中桩的实测参数作为本模型的噪声源,应用有限元软件COMSOL Multiphysics建立了水下打桩与气幕降噪模型。对比有气幕时和无气幕时打桩噪声场,计算两种工况下不同深度和不同位置处测点的声压级,证明了气幕对噪声具有良好的衰减作用。研究发现气幕会使部分噪声汇聚在桩与气幕之间的区域,减缓噪声向远处传播。为提高气幕对噪声的衰减作用,在第四章中对气幕的参数进行了研究。通过构建不同模型研究了气幕位置、厚度和空气体积分数对降噪效果的影响。研究表明,当气幕远离噪声源、靠近被保护对象时降噪效果较好;在本文所设工况下,增加气幕厚度对提高降噪效果作用不明显;气幕中的空气体积分数对气幕降噪量影响最大,提高空气体积分数会使降噪量大幅度提升。第五章中考虑了打桩作业过程中实际海洋环境的影响,分别研究了不同等级风和不同海域沉积物对水中声传播及气幕降噪的影响。研究表明,风速和沉积物对水中声传播有较大影响,但对气幕降噪效果的影响不大。海洋环境因素对不同深度处测点影响不同,其中风速对海洋表面处测点影响较大,沉积物对于海底附近测点影响较大。第六章中总结了本文主要研究工作,揭示了其中的不足以及未来的研究方向。本论文的研究成果可为水下气幕在海洋工程中的应用提供参考。