绕流作为一种典型的粘性流体运动形式,广泛存在于自然界和各类工程实际中,如空气流经机翼表面,水流流过桥墩结构,洋流经过船舶主体等。由于绕流过程中包含转捩,分离,涡脱等多种复杂的流动状态,容易形成激振,噪音等现象,对实际工程应用的影响较大。本文针对绕流现象在生产生活中引发的问题(第一章),参考自然界中鸟类翅翼的特殊表面形态,设计出一种仿鸟类飞羽的非光滑沟槽结构(第二章),并结合实际应用场景完成以下研究:首先,基于star-CCM+有限元分析软件,建立圆柱绕流数值模拟方法。圆柱绕流作为一种经典的绕流形式,囊括了边界层转捩,流动分离,表面涡脱,后流场涡街变化等多种存在于不同绕流过程中的流动现象,其流动特征对其他绕流形式的研究有着较强的借鉴意义和扩展可能(第三章)。通过将仿生非光滑表面技术应用到圆柱绕流中,分析流速,压力,动能,涡量等指标,证明了非光滑表面具有实现绕流边界层的动量交换,优化绕流结构体受力情况,控制绕流流动分离的能力。在此基础上确定仿生非光滑表面的形态设计思路和4个主要的结构控制参数,为该技术在各种绕流工程中的应用建立理论基础(第四章)。接着,鉴于大迎角大厚度机翼绕流场景中出现的流动分离和失速问题,本文将仿生非光滑表面控制技术引入该工程应用中。分别建立以平均阻力系数和平均升力系数为响应输出的BBD响应面模型,基于ANOVA方差分析方法验证4个结构控制参数对目标结果的影响显著性,根据它们对流动分离的实际控制效果进行优先级排序,并研究了参数之间的交互性影响,为仿生非光滑表面在工程应用中的布置形式提供参考和借鉴(第五章)。最后,将升阻力系数列为非光滑沟槽结构优化的双目标,在NSGA-II多目标遗传算法的基础上,引入基于响应面试验分析的交叉算法和多阶段变异算子,设计出改进的NSGA-II遗传算法,寻优计算得到特定工况下仿生非光滑表面结构的最优参数组合,证实了NACA0024翼型在布置优化的非光滑表面后受力情况的改进和失速迎角的推迟,验证了优化方案的可行性(第五章)。