本论文主要研究浮式风机系统在风-浪联合作用的复杂流场中的气动-水动-锚泊耦合特性。在浮式风机系统的设计和研究过程中存在诸多重点和难点问题:(i)风机气动载荷的准确预报。在浮式风机气动载荷的预报中,不仅要考虑风剪切效应与塔影效应带来的风机气动载荷的不稳定性,还要考虑浮式支撑平台的运动对风机气动力性能的影响;(ii)浮式支撑平台水动力响应的准确模拟。浮式支撑平台的水动力响应不仅要考虑波浪载荷的作用,还要考虑系泊系统与平台之间的耦合效应,以及风机的气动载荷对浮式支撑平台的六自由度响应运动的影响;(iii)多级物体运动的处理。浮式支撑平台上有六自由度运动,在此基础上,风机还存在绕自身转轴的旋转运动,多级运动之间存在复杂的相互耦合关系;(iv)浮式风机系统在风-浪联合作用的复杂流场中的气动-水动耦合动力特性预报。浮式风机系统所受环境载荷十分复杂,且不同结构系统之间存在复杂的耦合关系。因此,对浮式风机系统风机-平台-锚链耦合动力特性的预报十分具有挑战性,本文将针对以上难题进行分析解决。本论文致力于研究浮式风机在风-浪联合作用的复杂流场中的气动-水动-锚泊耦合性能,基于开源CFD平台OpenFOAM,在结合了重叠网格技术的船舶与海洋工程水动力求解器naoe-FOAM-SJTU的基础上,进一步拓展了求解器的数值造波模块,加入了风-浪场整体数值模拟功能,能够解决浮式风机气动-水动耦合作用问题,实现了两者同时作用时复杂流场的数值模拟,开展了针对Spar型和半潜式浮式风机系统的一系列数值模拟和研究工作。首先,基于开源平台OpenFOAM,结合重叠网格技术,对NREL-5MW大型风机的气动性能进行了详细的数值模拟和分析:首先,对仅包含叶片、轮毂、机舱结构的风机转子在均匀风条件下进行气动力数值模拟,并与其他求解器得到的数值结果进行对比分析,验证求解器在风机气动载荷数值预报上的可靠性和准确性;其次,对于风机在高风速下的气动性能进行数值模拟,分析在极端风况在下风机的气动性能;再次,将风机的塔架结构加入到数值模拟中,研究塔影效应对风机气动性能的影响,并通过改变塔架与风机旋转平面之间的距离,分析塔架与风机间距对塔影效应的影响;此外,对不同风速廓线分布的剪切风作用下的非稳态气动载荷进行数值预报,研究了风剪切效应对风机气动载荷的影响;最后,对于给定风机周期性纵荡或纵摇运动时产生的非稳态的气动性能进行了数值模拟和分析,初步了解了浮式风机系统中浮式支撑平台运动对风机气动性能的影响作用。其次,利用完善后的naoe-FOAM-SJTU求解器分别对Spar型浮式风机和半潜式浮式风机在风-浪场中的气动-水动-系泊耦合效应进行了复杂流场数值模拟。首先,通过对规则波的数值模拟,并将波面监测数据与理论值进行对比,完成了对naoe-FOAM-SJTU求解器的数值造波模块的数值验证;其次,分别对两个浮式支撑平台在静水中的自由衰减和规则波下的运动响应进行数值模拟,通过与试验结果及其他研究中的数值结果的对比分析,验证了naoe-FOAM-SJTU求解器在模拟浮式支撑平台的水动力性能上的可靠性和准确性。通过对两个浮式风机在不同风-浪工况作用下的耦合数值模拟,分析了耦合作用下浮式风机系统的动力响应特性;分别将两种浮式风机结构在耦合作用下的风机气动力载荷特性与平台响应运动特性进行对比分析,分析浮式风机系统中的风机气动力载荷与浮式支撑平台的水动力响应之间的相互耦合关系,为浮式风机的研究设计提供参考建议。最后,为了进一步研究浮式支撑平台的水动力运动与风机气动载荷之间的相互耦合关系,还对两者进行了解耦分析。一方面,根据前面对风机气动载荷的预报结果,将浮式风机系统中的风机部分简化为作用在浮式支撑平台上的外载荷,初步研究风机的气动载荷对浮式支撑平台的水动力响应的影响。另一方面依据浮式支撑平台水动力运动响应特性,将浮式支撑平台简化为施加在风机基座上的给定运动,研究平台水动力响应运动对浮式风机气动力性能的影响。从而解释了Spar型和半潜式两种浮式风机系统的气动载荷及功率输出上的差异。