近年来,湍流边界层减阻方法作为一种实用高效的节能技术被人们越来越注重,湍流边界层减阻成为流体动力学研究中的一个重要的领域。鲨鱼皮肤表面布满沿流动方向的沟槽,研究人员发现这种沟槽结构能够减小鲨鱼游动过程中的阻力。受此启发,本文对几种不同形状的沟槽表面进行了湍流边界层数值模拟,并研究其减阻效果。在不同雷诺数流场情况下,本文分别对尖角分别为45°、53°、60°、75°和90°的V型沟槽表面进行流场分析,获得了这几种尖角沟槽表面的减阻率与沟槽无量纲间距s+(s+=suτ/v,s沟槽间距,uτ为壁面摩擦速度,v为运动粘度)的曲线关系。在这几种尖角沟槽表面中,75°的沟槽表面减阻效果最好,在s+≈15.4时,减阻6.38%。通过仔细观察,发现鲨鱼皮肤表面的沟槽并非是单一尺度的。根据这一启发,通过在尖角为53°的V型沟槽顶部两侧增加小尺度三角形突起,设计了一种二级沟槽表面。当s+≈28时,具有最佳减阻效果,减阻率为8.07%,而单一尖角53。的V型沟槽最佳减阻率仅仅为3.69%,可以看出二级沟槽的减阻性能明显优于单一V型沟槽表面。另外,本文还讨论了沟槽肋厚t与间距s的比值t/s分别为0.04和0.02的L型沟槽减阻性能,t/s=0.02的L型沟在s+≈20时具有最优减阻率为11.67%,t/s=0.04的L型沟在s+≈18.58时具有最优减阻率为9.19%。最后,将多个薄刀片组装成V型沟槽阵列表面,并进行了减阻实验研究。通过比较流经光滑表面与沟槽表面的流量来反映沟槽表面的减阻情况,实验表明,当沟槽的无量纲高度h+=24时(h+=huτ/υ), h为沟槽高度),具有最佳减阻率为4.65%。