随着能源危机的逐渐凸显,能源利用效率问题越来越受到世界各国的重视。工程应用中,流体流动过程中克服流动阻力需消耗大量的能源;因此流动减阻是有效减少流体输送过程中能耗的有效方法之一。近年来有效滑移减阻引起众多研究学者的关注,研究有效滑移表面的减阻机理,探索更简单有效的有效滑移表面结构,对于能源高效利用具有重要的学术价值和工程应用价值。受“有效滑移表面”思想的启发,本文构建了两种可产生有效滑移效应的物理模型:即在底面设置微型矩形凹槽的矩形通道和底面设置微型三角形凹槽的矩形通道,并采用大涡模拟方法对两种物理模型进行了研究。通过分析两种有效滑移表面对矩形通道中流体流动、流动结构、温度分布及传热性能的影响探究了微型凹槽流动减阻和强化换热的机理。同时还分析了两种微型凹槽对通道流场的影响范围,通过对比不同雷诺数下的综合热性能系数,初步探索了雷诺数对微型凹槽减阻和强化传热特性的影响机理。首先,本文对所采用数值方法进行了验证,结果显示:数值模拟结果与文献中实验数据、直接数值模拟结果的对比呈现出良好的一致性,证明了本文采用数值方法的准确性和可靠性。本文数值模拟结果表明:在充分发展湍流中,流体在所构建两种矩形槽道底面上都产生了有效滑移。同时在两种微型凹槽内都存在着低速旋转的展向涡,且其主循环区涵盖了两种微型凹槽中的大部分上方区域;而展向涡结构起到了虚拟界面作用。当槽道中的流体流经凹槽时,流体不会穿透涡结构,而是在其上方掠过,流体很少进入凹槽内,而凹槽内部的流体也深陷其中无法流出。因此,流体流经微型凹槽时,与之直接接触的是凹槽内旋转的展向涡,而非具有无滑移边界条件的壁面,产生了有效速度滑移效果,由此降低了流体流动时所受到剪切应力。研究还发现:凹槽内展向涡的旋转方向与其上部槽道中流体的运动方向一致。展向涡所起的作用类似于滚动轴承,相当于对其上方流过的流体施加一个向前的附加推动力,推动流体向前运动,达到减阻效果。此外,模拟结果表明:微型三角形凹槽产生的有效滑移长度大于微型矩形凹槽产生的有效滑移长度,因此微型三角形凹槽产生的减阻效果更好。此外,研究还表明:槽道底部的传热性能与对应位置的展向涡强度密切相关。微型凹槽的前缘和后缘位置处的展向涡强度略有增加,这意味着流体混合增强,传热性能也相应得到相应提高。而两种微型凹槽产生的有效速度滑移效果分别会对其上游和下游的作用范围产生影响。在影响范围内,流体摩擦阻力显著降低,传热性能得到改善。无论是强化传热还是流动减阻,微型三角形凹槽所起的作用均优于微型矩形凹槽。研究表明:随雷诺数的增加,两种槽道中的热性能系数都有缓慢减小,由此说明雷诺数的增大会抑制微型凹槽的作用。