本文在低速回流式水槽中使用高时间分辨率粒子图像测速(Time Resolved Particle Image Velocimetry)系统对沟槽壁面湍流边界层减阻机理及边界层多尺度相干结构进行了实验研究。利用TRPIV系统精细测得了沟槽及光滑壁面湍流边界层的瞬时流场速度信息,得到了二维瞬时速度空间分布的时间序列。　　利用壁湍流边界层平均速度剖面与壁面摩擦速度、运动黏性系数等黏性内尺度物理量以及与壁面摩擦速度相对应的壁面摩擦切应力的关系,计算得到了不同来流速度下沟槽及光滑壁面壁面摩擦速度、摩擦切应力及摩擦系数,结果表明沟槽有效减阻率为10.73％;证实了沟槽的存在使得边界层近壁区黏性底层增厚,缓冲层和对数律层上移;沟槽壁面削弱了近壁区内与多尺度相干结构相联系的脉动速度及雷诺应力各分量。　　另外,文章通过对比分析湍流边界层平均速度、湍流强度、雷诺应力分布曲线及湍流速度脉动的三阶、四阶统计量,讨论了沟槽减阻性能;并将湍流多尺度相干结构的概念引入到沟槽壁面减阻机理的研究过程中。以湍流边界层瞬时流向脉动速度子波系数作为特征量,对原始速度进行不同尺度的子波变换,结合新象限分裂法检测并提取了沟槽及光滑壁面湍流边界层中多尺度相干结构流向、法向脉动速度分量、展向涡量及雷诺切应力的二维拓扑形态。分析表明:与光滑壁面相比,不论喷射事件还是扫掠事件,沟槽壁面的流向、法向脉动速度、涡量和雷诺切应力拓扑的幅值均明显降低,强度减弱。其中,沟槽壁面使得相干结构法向脉动强度降低最为明显,即相干结构的在法向上的动量交换减小,削弱了相干结构对湍流产生的贡献。