伴随着全球风能的大规模开发和有效利用,风力机整体结构也朝着特大柔性叶片和超高细塔架方向发展,该结构特点导致大型风力机体系风毁问题更加突出,尤其是在强台风频繁发生的东南沿海地区。与良态风相比,台风作用下近地面风场更加复杂,高湍流、多变向、剪切风速变化大的风场特性会极大地加剧风力机结构的脉动效应,此时结构近壁面气流运动形式紊乱且表面压力作用发生明显变化,进而使得风力机体系的气动荷载和干扰特性发生显著改变。然而已有风力机抗台风研究大多是基于理论分析和实测数据等,存在理论体系简化的问题,难以真实反映中尺度台风场的特异性风剖面和登陆衰减效应,更无法体现真实台风场中多机组风力机气动干扰问题。鉴于此,本文首先引入基于非静力平衡欧拉方程模型的天气预报模式(Weather Research and Forecast,简称WRF)对―鹦鹉‖台风进行高时空分辨率模拟,分析台风场特性后基于非线性最小二乘法拟合得到边界层风剖面。然后,以国内东南沿海地区深圳某风电场的双机组5MW水平轴风力机为工程背景,采用小尺度数值模拟技术(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)对其在不同机组间距、风向角度和偏航角度下的风荷载和气动力进行了较为系统的研究,从而揭示出结构气动干扰作用机理。主要开展了以下四个方面的工作:1.中/小尺度嵌套方案确定:分别介绍了中尺度WRF模式和小尺度CFD数值模拟,然后根据两种模拟方式的特点确定了中/小尺度嵌套方案并给出了计算域加密方案以及嵌套流程。2.中尺度台风场模拟及结果分析:基于WRF模式对―鹦鹉‖台风进行精细化模拟,并详细介绍了模拟区域选定、物理方案选择、模式参数设置以及风场结果信息。在此基础上,拟合得到台风近地面风剖面,并将台风模拟路径与真实路径进行对比验证了台风模拟的正确性。3.小尺度CFD数值模拟与干扰机理剖析:结合小尺度CFD数值模拟方法进行了不同间距、风向角和偏航角组合的双机组大型风力机台风场数值模拟,并从平均风压云图、脉动风压云图、速度流线及湍动能分布等角度剖析不同工况下双机组风力机气动干扰效应形成机理。4.双机组风力机气动力及干扰效应研究:进行不同工况下双机组风力机的平均风压、脉动风压、升/阻力系数特性研究。然后探讨塔筒干扰段各测点的空间相关性与典型测点的相干特性,并基于塔筒整体阻力系数极值进行干扰系数计算,分析并筛选出最不利双机组布置工况。最后,对本文的主要研究成果进行总结。主要为:本文中―鹦鹉‖台风模拟效果较好,拟合得到的台风剖面指数为0.118。不同工况下前、后风力机周围流场特性、表面压力分布、脉动风压相关性以及典型测点相干性等均有差异。前、后风力机的干扰系数均随着机组间距的增大逐渐减小,随着风向角度的增大先增后减,随着偏航角度的增大先减后增,最不利工况下最大干扰系数可达1.335。相关结论可为风电场中多台风力机的机组布置和抗台风设计提供参考。