在全球提倡节能减排的大背景下,航运业作为海上运输桥梁,受到了极大关注。船舶在水上航行时,污损生物极易附着在船体外壳,腐蚀船体,增加船舶自重和船体表面粗糙度,最终增加船舶阻力,船舶阻力增加会降低航速,减少水流冲击,继而为污损生物的附着提供了更有利的条件。因此,将船舶的防污和减阻结合起来研究,能有效提高能源的利用率,降低能源消耗,对节能减排的号召也是一种有力的响应。以往大量关于船舶节能减排的研究主要是将防污和减阻分开来讨论,但防污和减阻之间存在一种协同关系,若能将防污和减阻结合起来研究,对船舶的节能减排具有重大意义。海洋中很多生物自身有防止污损生物附着的特性,目前研究较多的有鲨鱼、海豚及贝壳等这些依靠表面微结构保持体表清洁的海洋生物。不同于鲨鱼和海豚的高速游动且表面分泌粘液,贝壳不分泌粘液,且一般以相对静止状态生活在海里,即使移动速度也很缓慢。由于船舶的污损一般都是发生在泊港和低速运行时,论文基于仿生学原理,以海洋中常见的华贵类栉孔扇贝为研究对象,通过超景深三维显微镜观察分析了大量华贵类栉孔扇贝表面防污区域,对获取的形貌特征的数据信息进行了统计分析,最后获得了防污区域的尺度范围。使用MATLAB软件获取华贵类栉孔扇贝防污区域的真实断面轮廓拟合曲线,利用其表面具有防污效果的特殊非光滑表面结构建立了数值计算模型,同时也对网格划分的独立性及选定的湍流模型的准确性进行了分析,确保了数值模拟计算的合理性,继而通过计算探究了仿生防污表面的流体阻力性能。论文首先以一个模型为例,从剪切应力分布、速度场及湍流相关参数等方面对数值计算结果进行了分析,并尝试阐述了仿扇贝防污表面的减阻机理。论文认为:一方面,仿扇贝防污表面的微沟槽结构改变了湍流边界层的流场特性,降低了流体动量交换时的能量损耗,增加了边界层的厚度,降低了近壁区的速度梯度,从而达到了减阻的效果;另一方面,微沟槽结构与流体相互作用使沟槽内产生了“二次涡”,阻碍了流体展向运动,抑制了低速流体向上集结和高速流体向下侵扰,稳定了近壁区的流场,从根本上降低了壁面所受的摩擦阻力。通过对九组不同仿扇贝表面建立的模型进行数值计算,探讨了影响仿扇贝防污表面流体阻力效应的原因。结果发现来流速度、形状和尺寸都能够对减阻效果产生影响。随着来流速度不断增加,壁面所受阻力也在不断增加,速度越大,增幅越大,沟槽尖端高应力区域剪切应力的增幅相对其它位置来说较大;对比不同表面的减阻效果发现,表面沟槽间距是沟槽深度2-3倍时减阻效果较好,当沟槽间距小于深度时,减阻效果较差,随着流速增加甚至呈现增阻的效果;对比沟槽间距与深度相近的n形和m形正弦曲线模型的计算结果发现,在低速时,表面结构简单的n形正弦曲线模型减阻效果好一些,当流速增加到一定值时,表面结构较为复杂的m形正弦曲线模型减阻效果更好;对同一个仿扇贝防污表面来说,沟槽深度不变的条件下,沟槽间距越小,减阻效果越好,但当沟槽间距小到一定值,就会产生增阻的效果。