超疏水表面利于在壁面封存气膜,产生流动滑移,是一种潜在的兼具海洋防污功能的高效减阻方法。现有研究表明,超疏水表面水下减阻效果主要来自其表面附着的气膜层,但来流剪切作用容易造成气膜流失,导致减阻失效甚至增阻。论文针对该减阻失效问题,采用分子动力学仿真、实验测试及理论分析等方法,系统研究了壁面气膜封存方法、纳米和毫米尺度气液界面的剪切变形和破坏过程及其对滑移与流场的影响。取得的主要创新性成果包括:(1)采用分子动力学仿真的方法验证了微结构和壁面润湿梯度束缚气液界面机理,并基于杨氏方程推导出相应的理论模型。(2)给出润湿梯度和凹坑形微结构束缚下纳米尺度气液界面的剪切变形与破坏规律,以及气液界面变形对流场和滑移长度的影响规律,并初步揭示了润湿梯度束缚气液界面上局部滑移长度与有效滑移长度显著不同的原因。(3)在低速循环水槽中,利用亲疏水相间结构构筑的局部润湿阶跃,实现了水下平板表面毫米尺度气膜的有效封存,测试分析了气液界面在剪切流动下的波状变形规律及失稳破坏过程,并初步评估了受限毫米尺度气液界面的减阻性能。(4)提出基于通电铂金丝电解补气的超疏水表面气液界面维持方法,并通过管道内超疏水平板电解补气试验,证实了该方法维持气液界面和减阻效果的可行性。论文在气液界面稳定性方面的研究工作,为后续解决水下超疏水表面气膜剪切破坏问题提供了新的参考。