圆管螺旋流在石油化工等领域应用的越来越多,目前,国内外对圆管螺旋流速度场变化规律研究较多,而对圆管螺旋流的湍流减阻研究较少,湍流的摩擦阻力是造成螺旋流动衰减的重要因素。湍流减阻的核心问题就是通过控制拟序结构来有效地降低壁面摩擦阻力。因此,本文对圆管螺旋流近壁相干结构进行了研究,分析相干结构的演化形成,并研究雷诺数、激振参数等条件对圆管螺旋流近壁阻力的影响。本文以圆管螺旋流为研究对象,考虑到近壁区流场的复杂性,通过大涡模拟(LES)方法进行计算,采取Top-hat滤波函数对流场滤波,小尺度涡应用湍动能输运亚格子模型(KET)处理,近壁区采用完全求解模式。应用Q准则判别法去识别圆管螺旋流近壁区的相干结构,分析近壁条带、涡量等值线、流向涡及发卡涡的形成机制,研究可解雷诺应力在近壁区的分布及壁面剪切力的脉动情况。根据壁面相干结构的分析结果,制定减阻模拟方案,分别从雷诺数、激振频率及激振振幅三个方面对圆管螺旋流近壁区流场进行分析,从平均速度剖面、脉动速度均方根、脉动涡量均方根、雷诺应力以及壁面摩擦阻力等方面分析减阻效果。针对圆管螺旋流的流动特点构建PIV实验装置,并把结果与大涡模拟结果进行比较,对数值模拟进行验证,证明了数值计算模型和计算方法的正确性,说明上述计算方法对圆管螺旋流的数值模拟是合理的。本文的研究结果是对圆管螺旋流近壁区相干结构及壁面减阻问题的初步探讨,可以为后续的强螺旋流壁面减阻的控制方法提供理论指导。