圆柱绕流作为经典的钝体绕流物理现象,在自然界和海洋工程中广泛存在,如海洋立管、海洋管柱和海洋桩腿。为了了解不同粗糙度圆柱表面的尾流特性,在圆柱表面布置不同类型的沟槽结构。与光滑圆柱相比,沟槽结构因其良好的减阻特性被广泛关注,由此,设计不同深度的一级原始沟槽结构布置在圆柱表面。通过进一步观察鲨鱼表面结构,发现鲨鱼表面拥有类似沟槽状的结构,但这种沟槽结构并不是单一尺度的。由此启发,设计一种二级复合沟槽结构布置在圆柱表面。本文设置不同类型的沟槽结构布置在圆柱表面与光滑圆柱做比较,进行数值模拟和实验,并分析研究沟槽圆柱的减阻机理以及尾流流场的流动特性。本文采用SST k-ω模型对不同深度的一级原始沟槽圆柱和不同结构参数的二级复合沟槽圆柱进行数值模拟。在雷诺数Re=7.4×10~3和Re=5×10~4时,数值模拟主要研究沟槽圆柱平均阻力系数的大小,升力和阻力系数的瞬时变化,功率谱密度,压力分布,时均流线和时均速度,均方根速度分布等。数值模拟的结果表明:与光滑圆柱相比,沟槽圆柱的升阻力系数减小,漩涡脱落的频率降低;沟槽圆柱前后的压差变小,导致压差阻力减小;从时均速度的变化可以得出以下结论:圆柱表面沟槽结构能够抑制回流速度的产生或增加,减小摩擦阻力。因此,数值模拟的结果表明圆柱表面的沟槽结构能够实现减阻的目的。本文采用粒子图像测速技术（PIV）对雷诺数Re=7.4×10~3的圆柱进行实验测量,比较不同沟槽圆柱（一级原始沟槽圆柱和两种二级复合沟槽圆柱）和光滑圆柱体之间的尾流流动特性。实验重点研究时均流线、时均速度、雷诺应力、湍流动能、速度的频谱特征以及瞬时流动结构。为了获得有关流动结构的全面信息,在本实验中测量数据来自流向平面和展向平面。结果表明:与光滑圆柱周围的流动结构相比,沟槽圆柱的再循环区减小,这是因为边界层分离点位置的改变和小尺度涡结构的干扰。雷诺应力和湍流动能也在沟槽圆柱尾流中减小。瞬时的大尺度涡在沟槽圆柱后面被分割成几个较小尺度的涡。上述流动结构所得到的结果,在二级沟槽圆柱上面表现得更加显著,这是因为二级沟槽圆柱存在尖端结构,将大尺度涡被破碎成更多的小尺度涡;雷诺应力和湍流动能会降低的更多等。