仿生表面减阻作为现在最热门的减阻技术之一,具有成本低、无污染等特点。河鲀作为一种洄游鱼类,在长期的生物进化过程中,体表已经进化出能够减少其在洄游过程中所受到阻力的结构,本文从此处出发,对河鲀表皮以及其仿生非光滑减阻构件表面的流动特性进行测量研究。具体研究内容如下:(1)设计并搭建了一种基于PIV技术的水下平面流动特性测量装置。根据试验平台的设计要求及测量样件的要求,采用闭式动力驱动式循环水洞与PIV测量技术结合的方式设计并搭建水下平面流动特性测量装置。所搭建的试验平台能够满足0.8~3m/s流速可调,试验样件拆装更换方便,试验段平板模型能够满足被测样件表面的流场达到湍流阶段。(2)通过所设计搭建的水下平面流动特性测量装置来对河鲀背部以及腹部中心区域的表皮表面在不同来流速度下的湍流边界层进行了测量。通过对比分析河鲀表皮与光滑平板表面的平均速度剖面、湍流强度、雷诺应力以及涡量等湍流统计量,分析河鲀表皮的减阻性能,探究其表面的流动减阻机理。研究发现,在特定的来流速度下,相比于光滑平板,河鲀表皮具有减阻效果,最大减阻率能够达到18.1%,河鲀表皮表面的粘性底层更厚,近壁区的脉动速度以及雷诺应力更小,但表面的涡量更大。(3)通过场发射扫描电子显微镜以及光学显微镜对河鲀不同部位的表皮形貌进行观测,得出河鲀体刺的大小形状及排布规律,根据所得形貌及规律,提取并简化体刺模型,设计了仿生非光滑减阻构件,并利用所设计搭建水下平面流动特性测量装置对其表面的平均流动特性进行测量,分析比较各构件表面的速度场、脉动速度以及切应变率,探究三者的变化规律,并根据构件表面的流场结构特点,探究其减阻机理。研究发现,在一定的变化范围内,构件表面减阻元的纵向间距只影响其表面的法向速度,法向速度随其增大而减小;减阻元横向间距增大,边界层厚度增大,法向速度增大,脉动速度增大,但减阻元尖端处的切应变率减小;减阻元高度增加,边界层厚度增大,法向速度增大,脉动速度增大,减阻元尖端处的切应变率先变大后减小,高度与底面直径相等的情况下切应变率最大;减阻元之间存在低速流场,使得原来固-液接触变为液-液接触,实现减阻;较高的减阻元之间还存在反向旋涡,减小低速流场与高速流场之间的摩擦,实现减阻。