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转杯纺纱是利用高速旋转纺杯纺制纱线的一种自由端纺纱技术,也是目前各种新型纺纱技术中最为成熟、发展最快和应用：最广的一种纺纱方式。目前纺杯的最高转速已经发展到了16万转／分钟。随着速度的不断提高,转杯纺纱机的动力消耗也不断增加。目前,节能降耗、提高效率已经成为工程领域发展的重要方面。借鉴许多经过长期自然选择形成能够起到减粘降阻功效的生物体表非光滑结构,本文从降能减耗的角度出发,采用数值模拟的方法探讨了仿生非光滑表面对纺杯阻力性能的影响。本文基于工程仿生学研究的方法,经过抽象和简化,选择了五种可加工于高速纺杯锥体外壁面的非光滑单元体,即三角形沟槽、半圆形沟槽、矩形沟槽以及点状凸包和凹坑作为研究对象。利用SolidWords软件与Gambit软件相结建立了30种仿生非光滑纺杯计算域模型。对整体计算域采用非结构化网格进行划分,并在必要区域采取网格加密措施。运用Fluent软件对转杯纺纺纱器内部的三维流场进行了数值模拟,得出了非光滑单元体形状、间距和深度三个因素对纺杯减阻性能的影响。计算结果表明除三角形沟槽H=0.2mm和H=0.6mm两个模型纺杯壁面阻力增加外,其余模型纺杯壁面阻力均有不同程度减小,其中三角形沟槽纺杯减阻率随沟槽深度增加呈先增大后减小的变化趋势,在H=0.4mm时减阻率最大为1.271%；半圆形沟槽纺杯减阻率则随沟槽深度的增加而不断减小,在H=0.2mm时其减阻率最大为1.261%；而矩形沟槽纺杯减阻率随沟槽深度的增加也呈现先增大后减小的趋势,在H=0.3mm时其减阻率最大为1.385%。对于点状凹坑和凸包由于其形态与上述三种属于不同类型的非光滑单元,故选其二者单独进行比较,选取凸包(凹坑)间距S=2mm,凸包(凹坑)直径D在0.4～1.2mm之间递增。通过计算得到点状凸包减阻率随凸包直径的增加而先增大后减小,当D=1.0mm时减阻率最大为1.462%；点状凹坑减阻率与凸包呈相同变化趋势,当D=1.0mm时减阻率最大为1.400%。最后,本文对比表面非光滑纺杯与表面光滑纺杯各模型模拟结果发现,非光滑表面减阻作用的机理是减小纺杯壁面剪切应力和改变纺杯周围的流场,并在非光滑单元体内部形成了低速流。