在能源危机和环保诉求的社会背景下,对汽车的气动减阻不断提高要求,气动减阻技术也在不断发展。传统的汽车减阻开发方案主要包括形貌优化、附件加装、主动控制等技术,然而上述开发技术已经日趋成熟,所带来的减阻潜力也有限,亟须开拓新的研究空间。而自然界的生物经过亿万年的进化,本身具有一些我们难以企及的优势,仿生学研究发现一些生物体表的非光滑特征具有改变流场特性的特点,能够起到很好的气动减阻效果。然而在应用上述仿生非光滑特征时,大大提高了汽车气动仿真的难度。仿生非光滑特征相对于汽车的小尺度特性,加大了建模难度同时使得仿真网格数量增加,降低了仿真效率。仿真计算中的壁面函数是使用经验公式来模拟壁面流场的规律,因此采用仿生非光滑壁面函数可以有效解决上述问题,本文便是通过研究仿生非光滑单元对壁面流场的作用效果,进而开发全新的仿生非光滑壁面函数,来提高仿真的效率。采用大涡模拟仿真方法对壁面流场进行研究。首先采用圆柱扰流案例对大涡模拟方法的有效性进行验证。在用大涡模拟进行仿真时,离散格式的选择对于仿真结果的准确性有重要的影响。使用不同离散格式对Dshap模型进行外流场仿真分析,可以发现在不提高网格数量的前提下采用一节迎风离散格式更容易收敛但仿真结果误差较大,采用中心离散格式在网格畸变较大的地方容易产生数值波动进而影响收敛性。结合上述两种离散格式,对离散格式进行改进。数学分析表明改进离散格式具有更好的收敛性,仿真结果也表明改进离散格式可以在保证仿真精度的前提下减少数值波动提高收敛性。因此可以说明在运用大涡模拟进行仿真时,采用改进离散格式能够在降低网格数量和质量的前提下获得更加准确的仿真结果,提高仿真的效率。使用Dshap模型来研究非光滑单元对壁面流场的作用效果。在Dshap模型上表面布置不同深度和密度的凹坑来设置一系列算例。使用经过验证的大涡模拟方法进行研究,观察不同非光滑模型的壁面流场的变化。结果表明非光滑单元会导致壁面切应力增加,进而改变壁面流场的Y+值。相比光滑模型,非光滑模型的Y+值会有所增长,且增长量和到壁面的距离成正比。上述改变会导致非光滑模型的壁面边界层变薄,进而对模型的外流场产生影响。提取非光滑单元的尺寸参数,以这些参数为变量来研究壁面流场的变化规律。使用MATALAB来拟合壁面流场变化规律公式,分析OpenFOAM标准壁面函数,将拟合公式与标准壁面函数进行整合,通过编译形成非光滑壁面函数。应用非光滑壁面函数,并与风洞试验结果进行对比来验证非光滑壁面函数的有效性。验证结果表明,使用非光滑壁面函数能够正确仿真出不同非光滑参数下气动阻力的变化趋势。因此,非光滑壁面函数能够有效取代真实物理建模的非光滑壁面,只需输入不同的参数便可实现不同非光滑壁面的流场仿真,能够有效提高仿真效率。