近壁区湍流拟序结构展现了湍流流动的有序性,因而为控制湍流、提高流动效率、强化传热提供了可能。高效的湍流流动可以减少流动阻力,增强换热,从而节约资源,对生产生活有重要的指导意义。本文在矩形通道底面沿展向方向,按指定间距设置了几种不同的阵列式微尺度矩形凹坑,凹坑深度与边界层尺度相当。采用大涡模拟方法对布置微尺度阵列凹坑矩形通道内的流动及传热特性进行了研究。结果表明:在所涉及的雷诺数范围内,不同微矩形凹坑深度及不同阵列方式均可获得良好减阻效果,在某些特定条件下还可同时获得强化换热效果。本文数值模拟结果表明,微尺度凹坑产生了局部速度滑移效应,从而有效降低了矩形通道底部微尺度凹坑附近流体的速度梯度;导致速度条带结构中的低速条纹变宽,使得高低速流体间的混合受到抑制。微尺度凹坑所诱导的“突出效应”,增加了湍流边界层粘性底层厚度。同时,研究还发现,微尺度凹坑内出现二次涡,其作用类似于微尺度空气滚动轴承,使微尺度凹坑上方流体之间的滚动摩擦代替了壁面与流体之间的滑动摩擦。微尺度凹坑增大了近壁区流体温度梯度,从而改善了对流换热效果。研究还表明,在高雷诺数下,微尺度凹坑可产生较大的局部滑移速度,但阻力减少与增强换热并不能在所有雷诺数下同时得到。微尺度凹坑产生的局部速度滑移一般在十几个粘性长度之内就会消失,对边界层的影响不大。但其所带来的速度梯度的减小是摩擦阻力减小的重要原因。在特定凹坑深度、排间距和雷诺数条件下,多排阵列式微尺度凹坑并未产生最大滑移速度,因此可能存在一个可以产生最大局部滑移速度的微尺度凹坑排数,排数增加反而可能会削弱速度滑移效果。对比多排阵列式微尺度凹坑,增加阵列式凹坑的流向尺度并未增大减阻效果,但获得了最优流动及传热综合性能,由此表明设置微尺度凹坑的矩形通道减阻率存在一个上限,但微尺度凹坑流向尺度增加可使换热性能改善。