随着风能的广泛应用以及风力发电的大力发展,越来越多的风电场在世界各地建立起来。在风机密集布置的风电场中,存在十分显著的问题:风电场尾流速度亏损,功率输出显著下降,湍流流动特性大大增强。研究表明,依据风电场的布置形式以及风电场的风资源条件,当下游风机位于上游风机的全尾流区域之内时,由于复杂的尾流效应以及尾流相互干扰效应,风电场的功率损失约为40%。因此,进行基于真实风电场布置的多风机风电场的数值模拟,研究其功率输出特性、尾流场的复杂尾流效应以及显著的尾流相互干扰效应,对于风电场的布置优化以及风电场的尾流研究有着十分重要的科学意义以及工程参考价值。本文基于致动线模型,采用CFD方法数值模拟多风机风电场复杂尾流场,讨论其气动载荷输出特性,研究风电场中复杂尾流效应以及典型尾流相互干扰效应。本文首先基于盲测实验,对FOWT-UALM-SJTU求解器中的风电场求解模块ALMWindFarmFoam进行数值模拟验证,从气动载荷输出、尾流特性包括平均尾流速度以及平均湍流应力等特性数值验证求解模块进行风电场模拟的可靠性以及准确性。其次,基于串列与错列两种基本布置形式,对两风机风电场进行了详细数值模拟研究。讨论了不同串列以及错列间距对于下游风机气动性的影响,分析了位于全尾流以及部分尾流区内下游风机的气动功率输出特性。数值模拟结果表明:上下游风机纵向间距以及错列间距对于下游风机的气动性存在十分显著的影响,上游风机的尾流在约五倍风轮直径之内区域为强尾流影响区,其后为弱尾流影响区。当下游风机完全位于上游风机强尾流影响区时,尾流亏损十分严重,功率损失十分显著;脱离强尾流影响区进入弱尾流影响区时,下游风机的气动功率恢复明显,其恢复速度约为强尾流影响区尾流恢复速度的二倍。当下游风机部分处于上游风机尾流时,功率增长加快,尾流重合区内湍流特性明显,尾流速度恢复加快。尾流形状表现出十分明显的非对称性。最后,数值模拟了基于Lillgrund风电场布置形式的大型多风机风电场。详细讨论风电场中48台风机的气动载荷,包括气动功率以及推力的输出特性,复杂的尾流效应,并且对尾流的相互干扰效应进行了讨论。结果表明:风机功率损失的极小值出现在串列布置的下游第三台风机上,此后,由于尾流速度的逐渐恢复,位于第三台风机下游的其他风机的功率输出有所增加。随着尾流处的长周期发展,下游风机的功率输出趋向稳定的功率比(相对于第一台风机),约为20%。当第一台风机在额定工况下运转时,尾流速度亏损最大,导致了下游多台风机的功率输出大幅度减小。由于显著的尾流相互干扰效应,尾流中存在明显的交替出现的尾流亏损区,亏损区的交替出现会导致十分严重的叶片疲劳现象。