锅炉爆管事故严重威胁到机组的安全,传统防磨措施虽然有一定效果,但都存在明显的缺陷。本文基于沙漠蝎表面特征提取出相关仿生结构,并进一步采用数值模拟的方法对仿生表面进行耐冲蚀磨损特性、减磨机理以及最佳尺寸组合等方面的研究,最后将仿生结构应用于圆管表面上,通过实验的方法验证其减磨效果并研究相关磨损特性,为锅炉受热管防磨提供一条新思路。主要研究内容包括:首先,为得到颗粒冲蚀作用下仿生表面的减磨特性,基于沙漠蝎表面抗蚀结构,确定了凹槽、凸包和凹槽+凸包三种仿生表面,采用数值模拟方法探究其磨损率分布规律。结果表明:当颗粒入射角小于70°时,三种仿生表面均有减磨效果,其中凹槽结构减磨效果显著,凹槽+凸包表面在入射角为45°时达到最佳减磨效果,磨损率降低65.3%;凸包结构对流场影响有限,对颗粒碰撞角度影响较大,而凹槽结构内形成大尺度涡结构,对流场影响较大,对颗粒速度的影响也更大;磨损率峰值从30°改变至45°,两者颗粒碰撞角度均在35°左右,而45°下颗粒碰撞速度是30°下的1.4倍。其次,基于之前的数值计算模型,研究了仿生表面不同尺寸组合的减磨效果。针对凹槽+凸包表面而言,磨损率随凹槽宽度和凸包直径的增大而减小,两者对磨损率的影响具有独立性,其中凹槽宽度的影响程度更大。针对凹槽表面而言,磨损率随着凹槽宽度/凹槽深度的增大先减小再趋于平缓最后增大,存在减磨效果最优值在2.5～3之间,颗粒碰撞速度分布规律取决于槽内涡结构的尺度和强度,而颗粒碰撞角度分布规律则取决于凹槽的尺度和角度。最后,以不锈钢316L材料的凹槽圆管和凹槽+凸包圆管为研究对象,进行了冲蚀磨损实验。实验首先验证了仿生圆管的减磨效果,其次研究了颗粒的入射速度、粒径和硬度对仿生圆管磨损特性和减磨效果的影响。结果表明:凹槽圆管的相对冲蚀率在0.80左右,凹槽+凸包圆管在0.76左右;仿生圆管随颗粒参数变化的磨损特性与光滑圆管趋势均一致,即仿生结构不改变材料表面的磨损特性;仿生圆管的减磨效果与颗粒入射速度和硬度没有明显关系,而在粒径较小时仿生圆管相对冲蚀率更低,减磨效果更佳。