双机组浮式风电系统是一种新型海上风力发电装备，两台风力机之间存在显著的相互作用，且与平台和系泊之间的耦合效应明显。本文通过对OpenFAST 进行二次开发，开发了适用于双机组浮式风电系统风–浪联合仿真模型，计算了10MW半潜式双机组浮式风电系统在湍流风与非规则波联合作用下的动态响应，并与单机组模型进行比较。结果表明双机组平台水平及倾角、平台纵摇平均值和最大值及标准差分别比单机组模型低79.62%、61.87% 和48.93%。同时，双机组模型的系泊张力也更低，波动幅度比单机组模型低66.9%。因双机组模型的轮毂高度较低，在同一风况下整机发电功率比单机组模型低15.64%。但双机组模型在降低平台运动方面表现出巨大潜力，在风剪切更大的深远海区域可以减少平台用料而显著降低风能利用成本。

高效准确的风力机尾流建模是风电场运行优化的关键。本研究基于有限的计算流体动力学高保真数据和大量低保真数据，采用迁移学习和深度神经网络方法(TL-DNN) 建立风力机高保真尾流代理模型，并利用大涡模拟结果对模型性能进行评估。结果表明，利用10 组高保真数据和4000 组低保真数据训练获得TL-DNN 模型，其预测的流场平均相对误差为2.77%、近尾流和远尾流流向速度相对误差均小于4%，证明模型对尾流发展预测性能表现良好；模型在线计算时间仅为0.02 s，能实现风力机尾流实时预测，为风电场尾流控制提供技术支撑。

风电机组非定常数值模拟中模拟叶片运动所需的动态网格是CFD 方法使用中最具挑战性的方面之一。为了探究滑移网格和重叠网格在风电机组非定常模拟中的应用差异，本文分别采用两种方法进行固定式和漂浮式风电机组非定常气动模拟。采用snappyHexMesh 生成网格，并保证旋转域网格一致，分别对机组的总体性能、展向截面气动特性以及尾流特性三方面进行对比。研究结果表明，对于固定式和漂浮式风电机组，重叠网格方法计算出的功率均略微大于滑移网格方法；沿叶片展向从叶根到叶尖，吸力面低压区范围逐渐增大，压力面压力逐渐升高，重叠网格对于展向截面翼型表面压力差的模拟结果高于滑移网格结果，是风电机组总体性能计算结果偏高的直接原因；滑移网格模拟出的叶根及轮毂中心位置处风速要稍低于重叠网格结果，在叶尖位置处要略大于重叠网格结果。

浮式风电缩比实验一般采用传统的推力系数相似理论进行模型设计。模型机组可再现原型机组平均推力，但功率性能偏低，且动态气动相似性难以保证。本文提出一种基于最优叶尖速比映射关系的新型动态气动相似理论，并以NREL 5-MW 为原型机组，分别设计了传统理论和新理论下的两款模型机组。与传统模型机组相比，新模型机组除了满足推力系数相似，功率系数也可通过增加某常数与原型机组近似。纵荡–纵摇组合运动下的计算结果表明：相同的叶尖速比变化下，新模型机组的动态推力、动态功率及其系数与原型机组的相似性明显优于传统模型机组。本工作适用于风洞实验研究，可在一定程度上解决水池实验中模型机组气动性能不够准确的问题。

漂浮式风电机组平台受风载和波浪载荷联合作用，存在复杂的多自由度运动。同时还存在海面垂直风切变效应，风电机组展现出较强的非定常特性。以NREL 5 MW 风电机组为研究对象，在不同强度的风剪切来流下，依据波浪和风载的作用规律，研究平台纵摇和纵荡的单独以及耦合运动对机组气动特性和速度分布的影响。结果表明：平台运动对于总体性能具有主导作用，但风剪切的影响不可忽略。平台运动作用下，随剪切指数的增大，波幅先减小后增大。风剪切指数较大时，风轮垂直风剪切效应较为强烈，风轮所受总体推力的变化波动幅度以及时均量值较高，整体受到较大力载。