大规模的开发和利用风能资源促使风电结构正朝着特大叶片和超高塔架方向发展,由于结构本身具有高度高、外形细长等特点,风荷载往往成为其设计的主要控制荷载。研究结构风致响应的前提是掌握风场的流动规律,而尾流效应作为影响风电场风机布置位置和风力机发电效率的主要因素,风场实际运行中风轮做功后风速降低,处于尾流区域的下风向风力机在尾流中运行,能量输出减少,湍流度增加,风力机所受到的疲劳载荷增加,可见风力机的尾流效应是不可忽视的。为了减小风力机对下游风机的尾流影响,增大风力机间的间距是最为直接有效的方法,但由于国际能源紧缺以及风电站大规模建立,大型风场出现占地面积大、风流密度低等问题。因此,深入研究风力机在风荷载下的响应情况,经济、合理的调整风电场布局,对提高风能资源利用率及保证其安全运行有着重要的意义,并将成为今后值得关注的重要课题。基于世界风能技术中心及西北地区某风电场的风速风向实测数据,首先对风场的平均风速与风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风速功率谱进行分析,然后考虑尾流因素的影响,对在远尾流场作用下的风场特性进行了详细分析。最后在此基础上,采用Ansys Workbench软件计算尾流场的速度分布,对比分析了不同尾流模型与模拟结果的吻合性,并通过流固耦合得到了尾流作用下的结构响应情况,从而预测不同环境状态下的损伤情况。研究结果表明:(1)相对于指数函数拟合,对数函数对于垂直风廓线的拟合效果更好,顺风向湍流强度和湍流积分尺度都明显大于横风向和竖风向相应的湍流强度和湍流积分尺度,Ishizaki和Choi建议的经验公式均能较好地反映顺风向阵风因子与湍流强度的变化关系,并借助实测数据通过曲线拟合给出了相应的经验公式;(2)顺风向湍流积分尺度有随平均风速的增大而减小的趋势,而竖风向湍流积分尺度随平均风速的增大呈幂指数增长;纵向实测脉动风速功率谱与Von Karman、Kaimal经验谱吻合较差,竖向脉动风速功率谱与Panofsky经验谱在高频段有所偏差,通过拟合得到的经验谱与实测谱更为接近;(3)现有的Jensen模型、Park-Gauss模型与实际工程中多个尾流作用下的风电场尾流特性存在差异;(4)尾流效应不仅对于风电机组的选型和布局至关重要,同时会对下游风力机的使用寿命造成一定的影响。结果表明,在不同的顺风向距离上,基于k-ε湍流模型得到的模拟结果与现有尾流理论模型的吻合程度存在着差异,单一的理论模型并不能反映整体流场的分布规律;通过流固耦合得到,上游风力机旋转不仅影响了下游速度的分布情况,并且随着风机间距、上游风机旋转速度及来流风速的改变,下游风力机的动力响应也会存在不同程度的差异。