可再生能源，尤其是風能，在環境保護方面具有巨大潛力。近年來，固定式陸上風力渦輪機已發展至相對成熟的階段。因此，風能的開發正向海上延伸。最近，為了提高海上風能的發電量，人們制造了大型轉子風力渦輪機。然而，這伴隨著較高的平準化能源成本（LCOE），且大型葉片的結構彈性面臨嚴峻挑戰。同時，提出了一種新型的雙轉子風力渦輪機（DRWT）概念，該渦輪機配置有兩個同軸轉子（分別稱為主轉子和輔助轉子），以平衡成本消耗和能量轉換效率。在開發深海風能時，需要采用浮動式海上風力渦輪機（FOWT）或單轉子風力渦輪機（SRWT）。因此，浮動式雙轉子風力渦輪機（FODRWT）被視為一種用于開發深海并提高風能捕獲效率的選擇。普遍認為，反向旋轉風力渦輪機（CRWT）相比同向旋轉風力渦輪機（CWT）具有更好的空氣動力性能。然而，波浪運動對浮動式風力渦輪機有顯著影響。因此，本文重點研究波浪運動對浮動式反向旋轉風力渦輪機空氣動力特性和尾流特性的影響。

從SRWT向CRWT的轉變需要一個發展過程，關于CRWT的研究還遠遠不夠充分。與SRWT類似，CRWT的基本特性同樣迫切需要研究。盡管針對SRWT的定制設計工具在技術上已經成熟，使研究人員能夠全面評估其多方面的性能（Hernandez-Estrada等人，2021年；Krishnan等人，2023年），但針對CRWT的定制設計工具仍缺失，因為缺乏準確快速的方法（如葉片元素動量理論（BEMT）。值得注意的是，現有的CRWT設計工具基于改進的BEMT方法（Yin等人，2022年）；然而，這些改進版本的通用性仍需進一步驗證。從設計、空氣動力特性到尾流特性，最終到風電場層面的發展是一個總體發展框架。雖然穩健的設計是基礎，但各種實際運行條件對空氣動力和尾流有顯著影響。許多學者已經研究了SRWT在偏航角（Korb等人，2023年；Wang等人，2023年）、地形（Shamsoddin和Porté-Agel，2018年；Zhang等人，2024年）、湍流強度（Gambuzza和Ganapathisubramani，2023年；Liu等人，2024年）、阻塞比（Medici等人，2011年；Sebastiani等人，2021年）和尖端速比（Bayron等人，2024年；Biswas和Buxton，2024年）等方面的影響。這些因素由于各自的機制不同，對空氣動力和尾流產生不同的獨特影響。然而，由于兩個轉子之間的劇烈速度干涉，CRWT的這些特性發生了顯著變化。如前所述，關于CRWT的最新研究相當有限（Salah等人，2024年；Zhao等人，2023b）。因此，在這些領域重建對CRWT的理解是非常必要的。只有深入理解單個渦輪機的動力學和尾流特性，才能建立多陣列風力渦輪機的最終商業布局。布局距離和模式的選擇具有最重要的意義。因此，基于對SRWT動力學和尾流行為的深入理解，優化布局距離和模式是風電場研究中的一個重要課題。在早期研究中，大多數布局優化策略基于SRWT的分析尾流模型，考慮了相互尾流干涉（Bastankhah等人，2021年；Shakoor等人，2016年；Sun和Yang，2023年）。此外，由于空氣動力干涉，風電場中的功率波動同樣重要（Cai等人，2023年；da Silva等人，2024年）。隨著深度學習（DP）技術的發展，布局優化和功率波動的研究逐漸與DP緊密結合（Nakhchi等人，2023年；Ti等人，2020年；Zhang和Zhao，2022年）。SRWT的發展進程正在取得巨大進展，如果希望為CRWT的發展做出貢獻，類似的研究程序也必須集中在CRWT上。

本研究主要關注雙轉子風力渦輪機（DRWT）的幾何參數對空氣動力性能的影響。Shen等人（2024年）提出了一個針對DRWT改進的葉片元素動量（BEM）模型。研究發現，由于主轉子（MR）產生的切向誘導速度，CRWT的空氣動力性能優于CWT（Bian等人，2024年也得出了類似結論）。此外，在大于0.1R的距離上，CRWT通常可以實現比SRWT更高的功率輸出。Bian等人（2024年）發現，在轉子間距為0.3R時，MR對輔助轉子（AR）有顯著影響；而當間距超過0.5R時，AR對MR的影響有限。Zhang等人（2025年）基于商業CFD軟件STAR CCM+研究了轉子尺寸和軸向間距對空氣動力性能和發電量的影響。研究發現，AR尺寸的增加可以提高總功率輸出。在0.149D到0.746D的軸向間距范圍內，總功率輸出先上升后下降，最后再次上升。Pacholczyk等人（2019a；Pacholczyk等人，2019b；Pacholczyk和Karkosiński，2020年）使用執行器線方法（ALM）進行了一系列研究，建議兩個轉子之間的距離應在0.5D-1.0范圍內。當第二個轉子放置得過近（小于0.5D）時，動態相互作用顯著增強。

深海中的海上風能促進了浮動式風力渦輪機的發展。目前，大多數研究僅關注單轉子浮動式風力渦輪機，對FODRWT的研究較少。在單轉子浮動式風力渦輪機方面，Alkhabbaz等人（2024年）使用動態流體Bode相互作用（DFBI）和流體體積（VOF）模擬了波浪運動，發現下游尾流速度恢復更快。此外，還研究了尾流脫落渦旋、塔架陰影效應和系泊線的張力。Wen等人（2017年）基于自由渦旋方法研究了波浪運動對功率和推力的影響，提出使用降低頻率（k）來描述空氣動力性能。研究發現，平均空氣動力性能在低轉速時下降，在高轉速時上升。Wang等人（2024b）發現，波浪運動下的復雜尾流演變主要是由渦環生成引起的。Duan等人（2022年）基于改進的延遲脫離渦模型模擬了5MW風力渦輪機的1/50比例模型，發現波浪周期是決定尾流能量恢復的主要因素，Hao等人（2024年也得出了類似結論）。在FODRWT方面，Wu等人（2023）研究了起伏和波浪運動對DRWT空氣動力特性和尾流特性的影響，發現波浪運動對DRWT的功率輸出有顯著的負面影響。此外，波浪和起伏運動都會減少低速區域的距離。同時，研究發現FODRWT在六自由度下的穩定性更高，高頻瞬態空氣動力性能更為復雜（Chen等人，2025年）。在已發表的文獻中，尚未找到關于FODRWT的進一步研究。

總之，本文重點研究了基于開發的執行器線模型（ALM）的波浪運動對FOCRWT空氣動力性能和尾流特性的影響。評估了空氣動力性能的瞬態和定量統計特性。此外，提出了包括常數項、阻尼項和附加質量項在內的空氣動力載荷分解模型，以預測波浪運動下CRWT的瞬態空氣動力特性。同時，分析了尾流渦旋及其速度分布的演變。這些結果有望為FOCRWT和商業風電場的設計提供參考。