隔水管系统是连接海底防喷器与海面钻井平台的唯一通道,其长度随着海洋油气开发向深海迈进而大大增长。相应地洋流流经隔水管时,作用于隔水管的作用力面积也增大,在如此大长度下其所受到的绕流阻力和升力所造成的涡激振动对其安全可靠性的影响越来越大,所转化的张力对张力器性能及隔水管上下边界本体和接头的强度也提出了更高要求,进而必将对隔水管系统的稳定性、安全性以及服役年限造成不利影响。所以,开展深水隔水管绕流减阻控制的研究变得非常重要。由于隔水管绕流模型可近似的认为是一个圆柱绕流模型,因而对隔水管绕流减阻的研究即可转变为对圆柱绕流的减阻研究。织构表面减阻技术作为一种新的减阻方法,受到了国内外学者高度重视并开展了系列研究。本文将织构表面减阻技术运用到圆柱绕流的减阻研究中,进而探索表面织构浮力材料对减小深水隔水管绕流阻力的可行性及设计方法。主要研究工作如下：(1)开展了大量关于隔水管以及非平表面减阻方面的国内外文献调研,确定沟槽和凹坑作为织构圆柱减阻性能研究的主要织构形式。(2)开展了布置有表面织构的圆柱绕流模型数值计算方法的探索研究。通过数值分析结果与实验值的比较,找到了正确的数值模型、适合织构圆柱的网格划分方式,以及完成了对圆柱展向长度和计算时间步长等重要参数的选择。(3)开展了布置有6种沟槽深度、4种沟槽数量和2种沟槽形状织构的圆柱绕流仿真分析研究。计算结果表明：沟槽深度为0.01D(D为圆柱直径),数量为32条的圆弧形沟槽圆柱较光滑情况阻力影响系数下降16.1%,升力系数下降5.6%,沟槽的存在对圆柱绕流尾流的漩涡的脱落频率影响较小,斯特劳哈尔数变化较小。进一步,不同沟槽结构参数进行对比分析,计结算果表明：阻力系数随沟槽深度的增加先减小后变大,并随沟槽数量增加而减小,三角形沟槽较圆弧形沟槽有较好的减阻效果。(4)开展了布置有4种凹坑深度、2种凹坑内部形状和2种凹坑分布形式织构的圆柱绕流仿真分析研究。计算结果表明：深度为0.01D,直径为O.1D,周向分布20列的圆柱形凹坑圆柱较光滑情况阻力系数下降下降16.8%,升力系数下降6.6%。进一步,改变凹坑结构参数进行对比分析,计算结果表明：阻力系数随凹坑深度先减小后增大,圆柱形凹坑比球面形凹坑减阻效果好,菱形分布凹坑较矩形分布凹坑有更好减阻效果,同样对漩涡脱落频率影响较小,斯特劳哈尔数基本不变。(5)根据运动流体相似理论,设计并搭建了一个近似海洋隔水管工况的、能够进行多个雷诺数下圆柱绕流实验的全新圆柱绕流实验台架,摆脱了圆柱绕流实验对于风洞、水洞的依赖。(6)运用搭建的实验台架,开展了4种沟槽结构和4种凹坑结构的织构圆柱绕流实验。实验结果表明：两种织构形式圆柱绕流阻力和升力系数较光滑情况均得到减小,证实了合理的沟槽和凹坑织构对圆柱绕流的减阻效果。在此基础上,对具有不同结构参数的沟槽和凹坑圆柱绕流结果进行对比,得到织构结构参数对减阻效果的影响规律：对于沟槽,减阻效果随着沟槽数量的增加而变好；对于凹坑,圆柱凹坑较球面凹坑减阻效果好,凹坑菱形分布较矩形分布减阻效果好；沟槽和凹坑织构减阻效果在大于一个区间后都随深度的增加而变弱。实验结论与仿真结果是一致的,从而进一步印证仿真结果的可靠性。通过本文研究,揭示了织构特别是沟槽织构和凹坑织构对于圆柱绕流良好的减阻效果,以及不同沟槽和凹坑结构参数对于圆柱绕流减阻的影响规律。本文研究成果为非平表面绕流减阻研究具有重要参考价值,也为深水隔水管减阻研究提供了一种新的思路。