随着我国汽车工业的快速发展,车用燃油消耗量迅速增加。汽车的燃油经济性受到越来越多的重视。目前,汽车的实际使用速度不断提高,而其用于气动阻力的百公里燃油消耗量与车速的平方成正比,因此,降低汽车的气动阻力是提高其燃油经济性的重要途径。但是,随着汽车气动外形的不断完善,车身气动减阻的研究逐渐进入瓶颈期,而非光滑表面减阻技术的迅速发展为其提供了一个新的研究方向。本文将生物学中的叶序理论引入车身非光滑表面的排布设计,并与常规排列方式中减阻效果最佳的矩形排布形态进行对比,分别进行减阻分析与优化,探究其最佳结构参数,以获得更好的气动减阻效果。本文基于MIRA直背车模型,利用计算流体力学数值模拟计算,并通过研究不同的边界层网格划分方案,结合现有风洞试验数据验证,提高数值模拟计算的精度。选取凹坑型非光滑表面为研究对象,并将叶序理论引入凹坑单元体的排布形态设计,在车尾表面分别布置矩形排布和叶序排布的凹坑型非光滑表面,通过数值模拟计算两种排布形态的非光滑表面对气动减阻效果的影响。然后根据光滑模型和非光滑模型的阻力值、压力场、车身表面摩擦系数、车尾气流速度和湍动能等后处理结果,进一步分析了两种排布形态的非光滑表面对MIRA直背车外流场的影响,叶序排布形态的非光滑表面在模拟计算结果对比和流场参数分析中均表现出更好的减阻效果。考虑到凹坑型非光滑表面的减阻效果与其单元体的几何外形尺寸有很大关联,采用基于近似模型的优化方法,分别对凹坑矩形排布和叶序排布的非光滑表面进行优化设计,优化后的最大减阻率分别为5.2%和6.57%。最后,分别对比两种排布形态非光滑表面优化前后的气动阻力值、压力场、车身表面摩擦系数、车尾气流速度和湍动能等气动特性参数,证明了优化结果的可靠性,并由两种排布形态非光滑表面优化后的减阻率对比和流场参数分析,证明了叶序排布形态的气动减阻优越性。本文通过研究不同的边界层网格划分方案,提高气动阻力系数的数值计算精度,并在此基础上分别对凹坑矩形排布和叶序排布的非光滑表面进行减阻优化,由优化结果对比证明了叶序排布的较优减阻性能,为叶序理论在车身非光滑表面减阻方面的应用提供了有效参考,也为非光滑表面单元体的排布设计提供了相应的理论依据。