随着世界性能源危机日益加剧，节能减排已是大势所趋。管道运输过程中摩擦阻力是主要的能耗来源，加上管道运输在石油天然气工业乃至世界经济中至关重要的作用，圆管湍流减阻意义重大。科学家们通过对鲨鱼、海豚、荷叶等动植物的深入研究，发现这些生物体都具有非光滑的表面结构，使其表现出优异减阻能力，非光滑表面仿生学减阻成为了一个前景远大的研究领域。基于以上观点，本论文运用Smagorinsky-Lily亚格子模型的大涡模拟方法对仿生非光滑表面圆管的湍流减阻进行数值研究。本文对光滑圆管湍流流场进行大涡模拟，通过可视化技术分析了光滑圆管湍流边界层中拟序结构的演化过程；对三种不同的沟槽面圆管的湍流流场进行大涡模拟，分析其在不同雷诺数下的阻力特性、流动速度、速度脉动、雷诺剪切应力以及涡量；对比分析光滑圆管和非光滑沟槽面圆管的流场模拟结果，分析沟槽布置形式对减阻效果的影响，并从湍流拟序结构、粘性底层厚度、二次涡等角度解释圆管内的仿生非光滑沟槽表面的减阻机理。模拟结果表明，Smagorinsky-Lily亚格子模型的大涡模拟方法应用于非光滑表面圆管湍流减阻的研究是可靠的；本论文从仿生的角度，根据鲨鱼鳞片结构形式设计的新型沟槽面圆管具有优于传统对称三角形沟槽面圆管的减阻性能；沟槽与圆管湍流相互作用，增加了圆管粘性底层的厚度，减小了平均流向速度、速度脉动、雷诺剪切应力、横向涡量，从而导致阻力减小；沟槽尖端附着的二次涡以及沟槽两侧分别附着方向相反的横向涡也是阻力减小的重要原因。