地球上的资源逐渐耗尽，生态环境日益恶化，全球都在努力控制温室气体的排放，节能减排是大势所趋。交通运输业是个高能耗的行业，尤其船舶航行过程中耗能巨大，一个大型航运公司的年燃油费高达数百亿，减少其中的一小部分收益都是巨大的。近年来，湍流边界层减阻技术成为流体力学应用领域的研究热点。从上世纪80年代开始，美国宇航局（NASA）和德国宇航中心（DLR）的目光瞄准了一种海洋生物——鲨鱼，他们希望能从凶猛的鲨鱼上获得直接的启发。快速游动的鲨鱼表皮呈现出沿流动方向的肋条结构，减少了湍流边界层区域的摩擦阻力。研究人员对肋条表面（Riblet Surfaces）做了深入的研究，某些研究得到的减阻效果几乎达到10%.作为一项不需要消耗能量及介质的被动减阻技术，肋条表面具有十分广阔的应用前景。本文将以非光滑表面的减阻技术为研究重点，在现有边界层理论、湍流拟序结构理论等流体力学理论的基础上，对仿生非光滑表面的湍流进行全面的研究，特别是鲨鱼皮效应下的近壁面湍流结构特征，通过数值计算得到非光滑表面和湍流间的干涉作用，并且由流场特征探讨其减阻机理。本文将运用局部动态动能亚格子模型（LocalizedDynamic Kinetic-energy Model，LDKM）的大涡模拟方法（Large Eddy Simulations，LES）对肋条微观表面的流场进行数值模拟，验证各种刀刃形肋条在特定形状参数和尺度下的阻力特性，计算肋条表面不同位置的流动速度、速度脉动和雷诺剪切应力等。运用可视化分析，对其减阻机理进行详细论证，总结刀刃形肋条表面的减阻规律，以期得到更好的减阻效果。本文亦对其他结构形式的横向非光滑表面进行了研究，虽然没有得到粘性阻力的减小，但是对其阻力增加机理的探讨也给人们有益的启示，特别是其中的阻力增加规律的总结使人们对特定形式的非光滑表面有了更深入的了解。通过本课题的研究，发现LDKM模型的大涡模拟数值计算方法在肋条表面及其他非光滑表面在湍流中的阻力研究中是可靠的；本文中的刀刃形肋条表面有9%的粘性阻力减少，并表现出壁面边界层推升和横向流阻隔的鲨鱼皮效应；横向布置的半圆形凹槽表面结构的阻力增加和粗糙高度的抛物线分布规律；最后对嵌入肋条表面的波浪形壁面的湍流阻力特性进行了论证，发现其流场特征是肋条表面及横向非光滑表面流动的耦合。