在交通运输、管路输送等领域,占总阻力比重最大的是表面摩擦阻力,因此降低物体表面摩擦阻力是提高能源利用率的主要方式之一。受仿生学启发而衍生出的仿生微结构表面具有减阻效果良好,负面影响较少等优点,为进一步提高仿生微结构表面的减阻效果,本文将仿生微结构表面与壁面温度控制减阻技术相结合,探究其复合减阻效果,为新型仿生减阻装置的研发提供理论基础。首先,在分析国内外研究现状的基础上,应用Fluent仿真软件对V型、锯齿型、刀刃型及梯型微结构进行了数值模拟,得到了四种微结构在不同无量纲尺寸下的减阻率,其中V型微结构在h+=14.22时达到了 8.42%的最佳减阻率,接着讨论了微结构的高度、尖端特征宽度及夹角角度等因素影响微结构表面减阻的规律。其次,通过对比分析光滑平板与微结构表面边界层流场结构,发现壁面微结构的存在将其表面边界层分为谷底与尖端上下两部分,其中谷底处的表面边界层被抬高,并且聚集了大量的“安静”流体。在微结构尖端两侧产生的“二次涡对”是微结构减阻的主要原因,其有效限制了流体的横向脉动。在原始V型微结构尖端处添加尺度更小的凸起从而建立了二级V型微结构,发现改型后的二级V型微结构的减阻效果更好,最高减阻率达到了 9.33%。同时,研究了壁面温度的变化对光滑平板表面边界层的影响,发现在较高来流湍流强度下,壁温升高会增大边界层转捩雷诺数,扩大层流范围,使得流动阻力得到降低,而在较低湍流强度下,壁温升高起着相反的作用,其会使得边界层转捩过程提前发生,流动阻力增大。最后,将仿生微结构表面与壁面温度控制减阻技术相结合,分析壁面温度的变化对微结构表面边界层的影响,发现微结构表面温度升高后,其减阻效果有了良好的改善,以本文所设计的二级V型微结构为例,当其表面温度由300K升至450K后,其减阻率达到了12.6%。微结构表面温度升高后,会使得使近壁区流体的粘性增大,粘性作用变强,并且使得边界层内的速度梯度得到了降低,这减小了边界层各层之间的动量交换,使得近壁区流体的流动状态变得更加稳定,从而起到减阻的作用。