中尺度台风在微观湍流结构上与良态风存在显著差异,难以直接通过风洞试验或小尺度技术有效模拟台风的近地风场特性。风荷载是大型风力机塔架-叶片耦合体系结构设计的控制荷载,尤其在强台风作用下风力机体系风致破坏时有发生,例如2006年桑美台风登陆时,浙江苍南风电场28台风力机组中有22台发生了局部和整体风毁破坏。然而,现行风力机相关设计规范均以良态风为目标,将其直接应用于台风作用下的风力机结构抗风设计不够精确。此外,台风下考虑不同停机位置、偏航角和俯仰角工况的风力机气动性能的研究在国内外研究相对较少,因此,探究复杂工况下风力机体系的气动性能具有重要的工程应用价值和理论意义。WRF(Weather Research and Forecasting Modeling)模式与CFD(Computational Fluid Dynamics)技术分别作为新一代中尺度预报和小尺度数值模拟模式,是目前应用最广泛的高分辨率精细化风场预报技术。因此,基于非静力平衡欧拉方程模型的中尺度天气预报模式对“鹦鹉”台风进行高时空分辨率模拟,分析“鹦鹉”台风登陆过程中涡度和螺旋度、累积对流降雨量和定点风速时程等信息,重点对比台风登陆前、登陆时和登陆后台风的风向和风强特征,并结合基于最小海平面气压追踪的台风中心路径与实测路径的对比结果验证中尺度台风“鹦鹉”模拟的有效性。以中国东南沿海地区某风电厂5MW水平轴风力机为对象,将WRF模拟的风场信息基于非线性最小二乘法原理进行拟合并作为LES(Large Eddy Simulation)的参数输入,实现对叶片单个旋转周期不同停机位置、偏航角和俯仰角工况下风力机体系的三维非定常数值模拟。在此基础上,对比研究塔架和叶片表面流场特性和涡量分布、平均风压和脉动风压分布、塔架升阻力系数以及脉动风压的相关性和相干性,提炼停机位置、偏航角和俯仰角对体系气动性能的影响规律,并建议给出台风作用下大型风力机体系最不利的停机位置、偏航角和俯仰角。通过模拟研究可知:采用中尺度WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,并基于最小二乘法拟合得出“鹦鹉”台风剖面指数为0.118,本文降尺度方法能有效地模拟此类大型风力机体系的三维台风场。综合分析台风作用下不同停机位置、偏航角和俯仰角的风力机体系气动性能可知:1)叶片停机位置对风力机体系气动性能影响显著,叶片的存在会显著干扰塔架周围的流场,同时塔架的存在亦会对叶片产生相互干扰现象,但偏航角的出现会削弱叶片与塔架之间的干扰,且偏航角增大至20°时影响逐渐削弱;2)此外,俯仰角对塔架气动性能的影响较弱,仅对叶片表面压力分布产生一定影响。3)因此,台风作用下风力机最不利停机位置和偏航角分别为工况T-1和P-1,最有利俯仰角为F-3。本文结合中小尺度嵌套技术详细研究了复杂工况下风力机体系的气动性能,研究成果可为大型风力机体系的抗强台风设计提供依据。