仿鲨鱼皮的肋条湍流减阻技术具有结构简单、减阻效果明显和易于安装等优点,是被动流动控制的研究热点之一。在风电叶片上应用该技术可以提升叶片气动性能,改善叶片在复杂环境下面临的沙尘、冰雪和昆虫尸体粘附等问题。然而目前对肋条表面的流场特性及其减阻机理并没有清晰的认识,此外,由于肋条尺寸微小,给翼型实验和数值计算带来巨大挑战,这些因素制约了肋条的优化设计和实际工程应用。基于以上考虑,本文利用实验和数值计算方法,结合流体力学和涡动力学等基础理论,围绕平板情况下二维肋条表面的流场特性与减阻机理,肋条模化方法,以及肋条对翼型的流动控制效果展开研究。采用热线风速仪,在风洞中精细化测量了平板肋条表面湍流边界层内的流场。通过尺度分解技术,将原始流场分解为大尺度流动结构的流场和小尺度流动结构的流场,研究发现,肋条通过向上抬升边界层内的大小尺度流动结构减弱了近壁区的湍流运动,同时主流区大尺度结构对近壁区小尺度结构的幅度调制作用减弱,使得大尺度结构和小尺度结构之间的相互作用减弱。进一步对多尺度流动结构的猝发特性进行分析发现,肋条表面多尺度流动结构湍流猝发的持续时间减小,猝发频率增大,表明肋条破坏了边界层内猝发事件的产生,导致大尺度结构和小尺度结构之间的湍流能量输运减弱,壁面摩擦阻力减小。通过实验测量和大涡模拟数值计算,对肋条近壁区局部摩擦阻力分布和涡量场进行了分析,进而深入理解肋条减阻机理。结果显示,肋条表面局部摩擦阻力分布不均匀,肋底附近的局部摩擦阻力小,为局部减阻区;肋尖附近的局部摩擦阻力急剧增大,为局部增阻区。通过涡动力学分析,建立了局部摩擦阻力和涡量场之间的理论关系式,定量得出法向和展向涡量的法向扩散流率是决定局部摩擦阻力的两个主要因素。肋尖附近的涡量扩散流率较大,能量的传输和耗散强烈,形成局部增阻区;肋底附近的涡运动微弱,能量输运减弱,流场为准静态,形成局部减阻区。进一步研究发现,肋条具有减阻效果主要是因为局部增阻区涡运动的强度减弱导致。此外,针对不同截面形状的二维肋条进行涡动力学分析后发现,当截面形状从三角形逐渐变为刀刃形时,法向涡量分布的变化能够增加肋条的整体减阻效果,而展向涡量分布的变化不利于肋条整体减阻效果的提升。基于以上对肋条表面流场特性和减阻机理的深入认识,提出在光滑壁面设置一定的滑移速度来实现对肋条结构的模化,从而解决在肋条数值计算时网格量大的问题。通过理论推导,建立了肋条结构与模化参数之间的定量关系式,并采用大涡模拟计算方法进行了验证。结果表明,该模化方法能够极大降低实体肋条数值计算时所用的网格量,同时可以准确复现肋条的减阻效果和对流场的整体影响。此外,在上述模化方法的基础上,对近壁区N-S方程进行简化分析,提出了一种快速求解肋条不同展向位置近壁区流场的方法。利用开发的肋条模化关系式,采用数值计算方法,研究了肋条对翼型的流动控制效果。结果发现,肋条同时布置在翼型压力面和吸力面的湍流区域时,仿生翼型的气动性能最好,相比于光滑翼型,阻力最大可降低3.07%,升阻比可提高4.08%,其中粘性阻力下降是总阻力下降的主要原因。进一步分析发现,仿生翼型压力面和吸力面压力系数的变化均导致了压差阻力的下降以及升力的提升,摩擦系数仅在肋条布置区域有所减小,使得仿生翼型粘性阻力下降。此外发现肋条对翼型表面流场的影响很小,翼型壁面出现一定的滑移速度,使得边界层内的黏性子层增厚,进而导致仿生翼型气动性能发生改变。综上所述,本文针对仿生肋条湍流减阻机理与模化方法展开了深入的研究,揭示了二维肋条表面精细化的流场特性及其减阻机理,同时提出了一种二维肋条的模化方法并成功应用到风电翼型的数值计算中,为这种被动控制技术的优化设计及工程应用提供了重要基础。