土壤-植物-大气连续体（SPAC）系统中植物体内水分输运机制始终被作为系统水循环核心要素而受到广泛关注,植物木质部内部结构决定植物自身输水能力,木质部中的导管、管胞、穿孔板、纹孔等结构构成了相互交错的管道系统,因其结构尺寸微小,导致木质部结构水分输运计算较为困难。目前采用计算流体动力学的方法探究木质部内部流动特性。在应用中存在出如下三个问题:1.对木质部中一些组织结构（导管网纹、孔纹增厚）研究较少,同时忽略多种结构结合的输水特性;2.没有通过实验获取植物木质部不同组织结构参数,导致模型构建的不准确性;3.未考虑植物木质部中各结构的流阻特点在工程上的应用。为了解决上述问题,更深入地研究植物体内水分输运的机理,将其组织结构通过仿生设计在工程上进行应用,本文主要围绕如下几个方面展开工作:（1）提出一种网纹螺旋线数量分布模型,研究网纹增厚导管流动阻力特性,分析导管壁面网纹结构参数（螺旋线数量、螺纹间距、网纹高度、网纹宽度、导管内径）变化对导管内部流动的影响,得出网纹结构参数及其引起的回旋流动区域共同影响网纹增厚导管的水分输运,且回旋流动区域是主要影响因素。同时对比三种不同导管增厚结构,网纹增厚导管结构流阻最大,环纹增厚导管次之,螺纹增厚导管最小。（2）基于实验获取分析多组织结构导管输水特性,以被子植物小桐子树木为研究对象,植物学切片获得带有穿孔板及孔纹增厚的小桐子导管结构参数,对其3D模型分析表明,其木质部导管流动阻力由光滑导管、孔纹增厚和穿孔板流动阻力构成,且光滑导管流动阻力占比最大,孔纹增厚流动阻力次之,穿孔板流动阻力最小。导管的流动阻力与纹孔深、穿孔板高度和穿孔板宽度成正比,与导管内径和纹孔膜孔隙率成反比。其中纹孔深和导管内径对导管的流动阻力影响最大。导管孔纹增厚中的纹孔结构导致水分径向传输,且纹孔膜孔隙率对径向传输效率影响最大,其径向传输效率为0%-5.09%。（3）基于实验获取分析管胞具缘纹孔结构输水特性,以裸子植物塔柏树木为研究对象,植物学切片获得塔柏根茎部具缘纹孔结构参数,对其3D模型分析表明,根茎中具缘纹孔尺寸差异性较大,但其组成部分流动阻力占比具有相似性,为塞缘流动阻力占比最大,纹孔塞流动阻力和纹孔缘流动阻力占比次之,次生壁流动阻力占比最小。塞缘上孔隙的大小和位置对具缘纹孔结构中流体速度影响明显,孔隙越大且越靠近纹孔塞其流速越高,反之越低。具缘纹孔的流动阻力与纹孔塞直径、纹孔塞顶部宽度和纹孔塞中部宽度成正比,与塞缘孔隙率成反比,其参数变化对较小具缘纹孔结构（茎部）的影响更大。（4）基于实验获取建立单管胞流动阻力计算模型,植物学离析获得塔柏根茎木质部单管胞结构参数（管胞宽度、管胞长度、具缘纹孔数量）,分析表明管腔流动阻力由管胞宽度和管胞长度决定,具缘纹孔总流动阻力由单管胞中纹孔数量和单具缘纹孔流动阻力决定。幂曲线,S曲线和反曲线同时拟合单管胞具缘纹孔总流动阻力、单管胞总流动阻力和单管胞总阻率与管胞长度的散点图,发现两者之间均存在负相关,并且三种流动阻力值在茎部比根部大,表明根部单管胞结构比茎部更有利于水分输运。单管胞中管腔流动阻力与具缘纹孔总流动阻力比值在茎中主要小于0.6,在根中主要小于1,表明具缘纹孔总流动阻力在塔柏茎部和根部中占主导地位。（5）仿生植物木质部导管和管胞中的具缘纹孔结构,提出了一种纹孔式滴灌灌水器,并设计了四种结构优化模型。在流态指数,消能效果和抗阻塞能力进行试验和模拟,得出通过减小纹孔式流道模型上下两端流通面积并增加纹孔塞两侧阻力的优化设计模型3和4具有更好的性能,其流态指数为0.4817～0.4862（试验值）,能量耗散系数为843～912（试验值）,通过增加结构阻力和减小低速涡流区来提高抗阻塞能力。流态指数和能量耗散系数的试验值与模拟值误差均小于3%,表明研究中使用数值模拟结合试验验证的分析方法是可靠的。