近年来,风力发电机叶片、超高层建筑等都对减阻有很高的需求,疏水表面的微纳米级微结构可以改变流体在固体表面的运动状态,减小湍流能量耗散,从而实现减阻效果。其结构简单,成本低廉,只需要贴附在有减阻需求的外表面即可,同时由于疏水材料的自清洁效应,还可以减少污物附着,使结构物保持美观。为更好地将沟槽减阻技术应用到建筑领域,本文系统研究了疏水性沟槽减阻效果的影响因素,主要研究内容如下:1.根据无量纲尺度筛选出具有特定主尺度的沟槽,用精密加工技术在铝合金表面制备间距75μm、高度75μm的V形沟槽并测量接触角,然后在风洞实验室中测量其在来流速度为0.9马赫,攻角为0-9°条件下的摩擦阻力。实验结果表明75×75μm V形沟槽的接触角为130°,有良好疏水性的同时还具有优良的减阻效果。2.建立沟槽流场计算域模型,利用计算流体力学软件Fluent中的多相流模型和雷诺应力模型分别对其进行浸润性和阻力数值计算,将仿真结果和实验数值进行比较。同时建立光滑平板间流场计算域模型,将Fluent计算结果和普朗特经验公式计算得到的壁面摩擦系数理论值进行比较,最终数值模拟得出的接触角和阻力数值结果与理论及实验值误差均在5%以内,因此使用Fluent对沟槽进行浸润性和阻力仿真具有可靠性。3.综合考虑沟槽朝向、沟槽尺度、沟槽形状、来流速度以及流体介质等因素对沟槽减阻效果的影响,分别建立主尺度为10μm、30μm、75μm的V形及矩形沟槽流场计算域模型,并根据实际计算需要调整间距。首先使用VOF模型对沟槽进行疏水性验证,随后分别在顺流向和垂直流向方向布置沟槽,进行空气中和水下的阻力数值计算。结果表明顺流向V形沟槽减阻效果更好,且沟槽尖峰越尖锐,减阻效果越好;而垂直流向沟槽中具有一定长度间隔平台的矩形沟槽减阻效果更好,且平台与沟槽主尺度存在最佳比例关系;在全速度梯度内,随来流速度增加,沟槽减阻效果先增加后降低,且顺流向沟槽对来流速度有更大的普适性,能在较大的速度区间内保持良好的减阻率;水下沟槽在相同来流速度下为保持较好的减阻率需具有更小的主尺度;综合减阻效果和生产成本,在低速区间内选用75μm V形沟槽作为减阻材料是最合适的。