金属表面加工过程中会形成一定的粗糙度,直接与海水接触的航行体表面受到腐蚀作用,进一步增加了航行体表面的粗糙度,导致壁面摩擦阻力增加,进而增加油耗。微气泡减阻技术（Microbubble drag reduction,MBDR）因其具有操作安全、成本低、环境友好、效率高等显著优点而备受关注。本文基于Weierstrass-Mandelbrot（W-M）分形函数构造粗糙表面轮廓线,进而生成具有不同粗糙度的平板表面;采用大涡模拟方法对微气泡与粗糙壁面湍流边界层（Turbulence Boundary Layer,TBL）的相互作用进行了高精度数值模拟,研究了微气泡注入体积分数Φair,in,注入高度h+及粗糙度对湍流边界层发展的影响。数值模拟结果表明:减阻率随注入微气泡体积分数的增加而增加,但减阻增量逐渐降低。当微气泡注入体积分数Φair,in为0.1时,其减阻率为19.19%;当Φair,in增加到0.2时,其减阻率增加9.49%;当Φair,in继续增加,其减阻率仅仅增加4.94%。沿流向分布的展向涡结构大小和强度差别很大,且位置分布不均;随着注入微气泡的体积分数Φair,in不断增加,展向涡和流向涡的强度降低,结构不断被破坏,从而降低了壁面摩擦阻力。减阻率随注入高度h+的增加而增加,但当微气泡注入高度h+越过TBL厚度后减阻率增幅显著降低。当注入高度h+增加到560时,其减阻率为19.19%;当注入高度h+增加到850时,其减阻率较560时增加0.49%。因此,在实际工程应用中的最优微气泡注入高度h+约为TBL厚度。当h+=200、560和850时,d U+/dy+、＜u?~2＞+的峰值显著降低,并且向远离壁面方向移动,TBL中的拟序结构远离壁面,扫掠效应减弱,有利于减小摩擦阻力。在y+=5、10处微气泡主要受到粗糙壁面轮廓形貌的影响,在y+=30、50处微气泡沿流向分布稳定,只受到TBL内部扰动的影响。粗糙平板的壁面摩擦阻力沿流向的变化与壁面的表面轮廓直接相关。平板的粗糙度Ra对于微气泡的体积分数是无显著影响的;但是近壁区微气泡的分布与粗糙平板的轮廓起伏趋势一样。压差阻力随着粗糙度的增加而增加,在低粗糙度时减阻主要由粘滞阻力贡献,在高粗糙度时减阻主要由压差阻力贡献。低的粗糙度Ra的性质类似于光滑壁面,随着粗糙度Ra继续增加,会在轮廓凹陷处形成漩涡。