近十多年,超疏水表面减阻受到许多学者关注,是当前减阻研究热点。该技术被认为经济、简便、可行性强,且兼具防污功能,能广泛应用于海洋工程和其它高技术领域。由于独特的润湿性,超疏水表面在水下能封存一层气膜,使得其近壁面流场呈现出多相流、跨尺度流动等特点,在进行理论分析和试验测试过程中,必须充分考虑壁面润湿性和微形貌等众多因素的影响,因此对超疏水表面减阻机理的研究提出了新的要求。论文采用试验和数值模拟方法,对超疏水表面界面润湿行为和减阻特性进行了深入地研究,通过对超疏水模型在不同流态下的阻力、近壁面流场、气液界面滑移等的试验测试与理论分析,揭示了不同微结构对超疏水表面减阻和滑移的影响规律。所取得的主要研究成果和创新有:(1)基于光刻和模板转印原理制备出具有规则微结构的PDMS超疏水薄膜,同时提出两种润湿性和粗糙度可调的超疏水表面制备方法:Teflon表面粗糙化,低表面能涂层添加微颗粒。随后,测试给出典型微结构超疏水表面上液滴接触角变化规律,并揭示了微结构对静态液滴各向异性的影响机制。通过设计、控制超疏水表面各向润湿异性,创新性地实现了水滴收缩过程的操控。(2)通过数值模拟,系统研究了顺流向沟槽、垂直流向沟槽、微凸柱和微凹坑等四种典型微结构超疏水表面在不同流态下的流场特性,从速度分布、剪应力特性、滑移速度、近壁面涡量等方面分析了其流场结构,给出了微结构类型、尺寸以及自由剪切面积比等参数对超疏水表面滑移长度、滑移速度、减阻量的影响规律。(3)通过理论分析和试验验证系统分析了层流状态下超疏水表面在平板间和外部扰流两种流动状态下的减阻规律。设计搭建起Teflon超疏水表面微通道装置和小尺度模型落体试验装置,测试给出不同流速下微结构尺寸、形状及模型尺度对滑移长度和减阻量的影响规律,并解释了层流状态下超疏水表面减阻效果随模型尺度增大而迅速衰减的原因。(4)搭建起基于连续激光和高速摄像机的专用PIV系统,通过荧光粒子和滤光片的组合使用,有效解决了常规PIV近壁区测试中存在的反光干扰难题。通过对超疏水平板边界层流场测试,发现滑移速度沿流向位置的后移而减小,但滑移长度变化并不明显,这与理论分析和落体试验结果相一致。(5)基于连续激光器、大景深显微镜头和高速摄像机改进了现有μ-PIV系统,实现了毫米尺度气液界面上滑移速度的直接测量。通过对不同沟槽上气液界面处滑移速度的直接测量,则发现顺流向沟槽上滑移速度远大于垂直流向沟槽,同时还意外观测到在矩形气液界面上存在局部负滑移现象。