湍流的减阻控制是工程领域的重要研究课题之一,湍流中不同类型相干结构之间的自维持和自发展过程是湍流产生和维持的关键,同时也是湍流边界层高摩擦阻力的主要来源。对相干结构进行控制可以有效影响湍流的基本性质从而实现减阻控制。对这一过程中结构以及流场基本性质的改变进行减阻机理的研究能对湍流边界层减阻控制提供重要的理论支持。本文主要针对超疏水表面湍流被动控制的减阻机理展开研究,利用高时间分辨率粒子图像测速技术（Time-Resolved Particle Image Velocimetry,TRPIV）对光滑表面和超疏水表面上的流场进行了对比实验研究,利用Matlab进行流场减阻机理的深入分析。分析了超疏水表面对涡结构迁移的影响,由于相干结构包含了流场的大部分能量,结构的迁移路径发生改变也会对流场的能量分层产生影响,因此对流场能量的改变进行了分析。分别研究了流场均匀动量区和湍流/非湍流界面产生的变化,揭示了两种统计特征与流场阻力的关系,应用模态分解方法研究了流场模态特征的能量曲线以及形貌变化。根据能量分析的结果,证明超疏水表面存在对大尺度相干结构的抑制,应用有限时间Lyapunov指数方法（finite time Lyapunov exponents,FTLE）对流场进行了拉格朗日体系下的显示。对相干结构的发展演化进行追踪,设计了基于FTLE的相干结构识别方法对结构的数量和分布进行了统计,研究了超疏水表面对流场中相干结构发展产生的影响,明确了超疏水表面的减阻机理。主要研究及结论如下:（1）基于实验数据对两种表面上湍流边界层的基本特征进行了统计。拟合了湍流边界层的平均速度剖面和湍流度剖面。结果表明,相比于光滑表面,超疏水表面上平均速度剖面的对数区域有着明显上移,流向脉动则有一定的减弱。利用摩擦速度计算了减阻率,在摩擦雷诺数为Rex（28）630的情况下,超疏水表面表现出约11%的减阻率。（2）对结构的迁移过程进行了追踪。首先利用涡识别方法对相干结构进行了提取和定位,为得到两种表面上结构的迁移过程,利用相关系数对结构进行了追踪。结构识别的结果表明,将局部速度函数方法与传统涡识别方法结合可以有效对结构进行定位。相关系数的计算结果表明相关系数可以较好的追踪流场结构的演化,并且可以在一定程度上显示与目标结构形状相近的结构。两种表面上的结构迁移过程显示,相比于光滑表面,超疏水表面上的结构具有更快的迁移速度,在相同时间内迁移的距离更远,且在迁移过程中维持的时间更长。（3）利用局部湍动能准则和模态分解方法从能量的角度对两种表面上的湍流边界层能量分层进行研究。利用局部湍动能准则对两种表面上的湍流/非湍流界面以及界面以下的均匀动量区进行了计算。结果表明超疏水表面上湍流/非湍流界面位置更低,但却具有更多数目的均匀动量区,其能量分布更加均匀。在两种表面上,均匀动量区数目的增加与湍流/非湍流界面位置的降低都是同步进行的,表明两种统计特征的改变都与流场的摩擦阻力相关。而超疏水表面对湍流边界层的影响主要产生在0.31δ以下,即近壁区的摩擦阻力会受到明显影响。对1800个样本流场湍流/非湍流界面以下的位置进行本征正交分解计算,表明超疏水表面会对大尺度结构以及能量集中产生抑制,同时抑制了能量在法向的传递,能量的抑制会影响相干结构的自发展过程。（4）考虑结构发展所受的影响,使用FTLE方法对流场进行显示。利用模态分解方法利用90%、95%、98%能量将原始流场重构以计算FTLE,表明超疏水表面在相同能量比例下保留的细节更多,小尺度结构比光滑表面上更丰富。提出了一种基于FTLE的相干结构识别算法,得到两种表面上基于FTLE的相干结构在法向位置的概率分布和数量分布。结果表明,超疏水表面上识别到的小尺度结构数目增加,大尺度结构数目减少,且其分布规律在湍流/非湍流界面以下有着明显的改变。超疏水表面减小了黏性底层平均流向速度的梯度,抑制了能量在法向的传递,从而影响了大尺度结构的生成和发展,令能量从大尺度结构转向了小尺度结构,进而减小了壁面摩擦阻力。